“华为杯”第十八届中国研究生数学建模竞赛B题参赛总结

参赛之缘

组里的学长有天问了一句有人想搞数学建模，缺一个人，我想都没想就举手了，也算是为了弥补大学缺失的竞赛吧。请各位大学生务必以我为反例！！！多搞比赛！！！

“华水队”成员包括我们组里的一个学长和另一个组的学姐，加我一个“小萌新”。组队完毕后，三个人聚了一次稍微讨论了一下我需要学哪些东西就各忙各的了。

就这样，时间来到比赛那天，三个人又坐到了一起。。。

紧张刺激又爆肝的比赛

首先是选哪一题，由于B题跟学姐研究的方向相近，因此经过商议选了B题。

B题题面我就不说了，感兴趣的可以下载题目看看，包括1个描述问题的word和3个附件。

4个问题分别为：

问题1. 使用附件1中的数据，按照附录中的方法计算监测点A从2020年8月25日到8月28日每天实测的AQI和首要污染物，将结果按照附录“AQI计算结果表”的格式放在正文中。

问题2. 在污染物排放情况不变的条件下，某一地区的气象条件有利于污染物扩散或沉降时，该地区的AQI会下降，反之会上升。使用附件1中的数据，根据对污染物浓度的影响程度，对气象条件进行合理分类，并阐述各类气象条件的特征。

问题3. 使用附件使用附件
1、2中的数据，建立一个同时适用于A、B、C三个监测点（监测点两两间直线距离>100km，忽略相互影响）的二次预报数学模型，用来预测未来三天6种常规污染物单日浓度值，要求二次预报模型预测结果中AQI预报值的最大相对误差应尽量小，且首要污染物预测准确度尽量高。并使用该模型预测监测点A、B、C在2021年7月13日至7月15日6种常规污染物的单日浓度值，计算相应的AQI和首要污染物，将结果依照附录“污染物浓度及AQI预测结果表”的格式放在论文中。

问题4. 相邻区域的污染物浓度往往具有一定的相关性，区域协同预报可能会提升空气质量预报的准确度。如图 4，监测点A的临近区域内存在监测点A1、A2、A3，使用附件1、3中的数据，建立包含A、A1、A2、A3四个监测点的协同预报模型，要求二次模型预测结果中AQI预报值的最大相对误差应尽量小，且首要污染物预测准确度尽量高。使用该模型预测监测点A、A1、A2、A3在2021年7月13日至7月15日6种常规污染物的单日浓度值，计算相应的AQI和首要污染物，将结果依照附录“污染物浓度及AQI预测结果表”的格式放在论文中。并讨论：与问题3的模型相比，协同预报模型能否提升针对监测点A的污染物浓度预报准确度？说明原因。

肝问题

问题1

开始比赛那天我一上午的课，因此就没有去做，只是先看了看题，打算下午再去搞。问题1比较容易，学长一顿操作猛如虎就解决了。

问题2

问题2乍一看不算难，就是一个分类问题，但仔细想想又挺难的。因为这个分类标准需要自己定，就挺马叉虫的。最开始的思路是找出所有污染状况和天气特征的排列组合，计算每一个组合对应的aqi，由每种组合的aqi和污染物浓度对天气特征进行分组。但是附件1种一次预报给出的天气特征太多了，全部做个排列组合不太现实。因此决定先选出几个天气特征，再根据污染物浓度对天气特征进行分组。在查阅大量资料和给出的实测数据基础上，我们最终选择了附件1中实测数据包含的 温度(℃) 湿度(%) 气压(MBar) 风速(m/s) 风向(° ) 这6类作为天气特征。接着该按污染物浓度对天气特征进行分类了。本来考虑用聚类，但是怎么聚始终没有想清楚。于是考虑先把天气特征和污染物浓度与aqi的相关度计算出来，并画出热度图。最后是打算分别画出天气特征与aqi、aqi与污染物浓度、时间与天气特征和aqi的关系图，通过图像的变化情况进行分组。

最后分析一波，得出结论

（1）当...时，AQI...，有利于污染物扩散。

（2）当...时，AQI...，不利于污染物扩散。

因此...归为一组，...归为一组。

问题3和问题4

对于问题3，在一次预测的基础上，建立一个能同时适用于监测站 A,监测站 B，监测站 C 的 LSTM 神经网络模型，通过最小化神经网络的输出数据与真实数据之间的误差，从而更准确的对逐小时污染物浓度进行二次预测,。

对于问题4，考虑到相近监测点的空气质量会互相影响，首先采用两层全连接网络训
练了一个关联模型，此模型考虑了监测点的历史数据，此时监测点的气象条件，以及周边
其他的监测点污染物浓度信息及气象条件，来拟合该监测点此时的污染物浓度。然后，使
用问题三中提出的二次预测模型，对问题中的四个监测点进行二次预测。最后使用关联模
型对二次预测数据进行矫正，得到最终的预测数据。

结语

我的工作内容不多，但也算是爆肝了3天（查bug、学新东西）。比赛结束前一天晚上学长通宵搞了搞实验，完善论文，学姐也肝到2点多，第二天5点多起来接着肝。最终，在18号11:54分，我们上传了最终结果。

本次参赛，实力有限，但还是尽自己最大努力了。真的收获了很多，也希望以后有机会再次参赛。最后，相信努力就会有所收货，感谢队友和我的辛勤付出~

2021.12.10获奖感言

今天下午大概5点多出的结果，本来想去吃饭的，看到成绩出来了赶紧跑回工作室去查结果。经过紧张刺激的查询，我在拟获奖队伍中找到了我们的队伍，那叫一个激动啊！！！虽然只是三等奖，但也算是我的第一个国奖了，对我来说非常有纪念意义，非常激动，非常开心，除了感谢，不知道说些什么好QAQ。果然，有努力就会有收获啊！

通过这次比赛，我意识到，不能为了比赛而比赛，而是要在比赛的过程中尽可能地提升自己综合能力。综合能力不仅仅局限于敲代码，还包括组织能力、团队协作能力、搜索能力等等。这当中的一些trick是我们平时学不到的，只有通过比赛才能够体会的到，因此我觉得这次比赛非常值，也非常期待下次的比赛~