宁夏农村居民收入与消费水平评价与分析数学建模.docx

1、宁夏农村居民收入与消费水平评价与分析数学建模北方民族大学第九届数学建模竞赛竞 赛 论 文小组编号： 竞赛题目：宁夏农村居民收入与消费水平评价与分析组 员： 所在学院: 数学与信息科学学院 数学与信息科学学院 制版北方民族大学第九届数学建模竞赛承诺书为保证竞赛的公平、公正，维护竞赛的严肃性，在竞赛期间，我们承诺遵守以下竞赛规定：只在本参赛队的三人之间进行问题的讨论，绝不与本参赛队外的其他人讨论与竞赛题目相关的任何问题，不抄袭、剽窃他人的成果，引用的参考文献在答卷中进行标注。承 诺 人 签 名：承诺人所在分组：承诺人所在学院：年 月 日摘要中国从改革开放以来经济得到不断发展，经济的发展带动了GDP

2、的增长，居民生活水平也随之提高。本文运用线性模型、常微分方程模型及恩格尔系数建立模型，基于宁夏1985-2013年的相关数据，对宁夏农村居民收入与消费的关系进行分析,并给出了分析结论和相关的对策建议。所以，讨论宁夏农村居民收入与消费水平的情况很有必要，同时研究其发展态势，预测将来也是值得我们窥探的一个方向，我们围绕解决三个问题进行了建模：解决问题（1）、（2）我们分别建立了模型（一）（线性模型）、模型（二）（常微分方程模型），在excel中分别做出了人均收入与时间的关系、人均消费水平与时间的关系图，揭露了随着时间的推移，人均收入与人均消费水平都不断提高的现象，在excel中同一坐标下做出了居民

3、收入、消费水平与时间的关系，体现了农村居民收入大于消费水平的不争事实。并且，分析得出：农村居民收入和消费水平达到一定程度将不再增长，但收入仍大于支出的结论。分析得到了影响宁夏农村居民收入与支出的因素，结合（1）、（2）的解答，提出了宁夏农村居民推进经济增长的一些措施。关键词：农村居民， 收入，消费 前言我国实施西部大开发政策，目的是“把东部沿海地区的剩余经济发展力转移到西部地区，用以提高西部地区的经济和社会发展水平、巩固国防”。经济的发展在一定的程度上可以反映居民生活水平的状况，宁夏回族自治区作为西部经济发展相对落后的地区，随着西部地区经济的发展，居民生活也发生了翻天覆地的变化。本文以宁夏地区

4、作为研究对象，用收集得到的相关数据，运用相关模型，分析宁夏农村居民收入与消费之间的关系，并给出了分析结论和相关的对策建议。一、问题再现随着我国西部大开发政策的深入实施，宁夏地区经济得到了空前的发展，经济的发展也带动了城镇居民的收入和消费水平的不断提高，人民生活也发生了翻天覆地的变化。本文结合宁夏农民的收入与消费的数据及图表进行简单的分析，比较得到宁夏居民的生活水平状况。所以，我们解决以下问题是很有必要的：（1）根据下面表1中的宁夏回族自治区农村居民收入与消费及粮食产量统计数据, 分析宁夏农村居民收入与消费的现状；（2）在问题1的基础上建立模型并分析未来农民收入与消费以及粮食产量的发展趋势；（3

5、）结合宁夏的实际情况分析影响收入与消费的因素，应采取哪些措施加快宁夏农村经济的发展。表1 1985-2013年宁夏农村居民收入与消费统计数据年份粮食产量（万吨）人均收入(元)人均支出(元)平均消费倾向1985139.5325.88264.460.8121986154378.82300.860.7941987143387.01330.240.8531988161.6480.22397.760.8281989174.6538.30458.900.8521990190.1894.28486.320.8161991198.2608.13518.790.8531992186.9618.72561.370

6、.9071993205.2667.06605.930.9081994204.1910.45831.320.9131995203.21.36.991057.781.0181996257.91415.781233.630.8711997256.61545.081282.460.8301998294.91756.141350.180.7691999293.31790.701330.180.7432000252.71724.301417.100.8222001274.81823.131380.750.7572002301.91917.361418.120.7402003270.172043.30163

7、7.130.8012004290.492320.051926.820.8312005299.812508.892094.480.8352006322.4276022470.8142007323.52318125290.7952008329.24368130950.8412009340.704048.3333480.8272010356.5467540130.8582011358.955410.04726.60.8742012375618056330.9112013373.4693164650.935二、模型假设1. 假设居民收人Z(t)来自于种地、工作（打工、畜牧、养殖等）；2. 假设居民消费

8、水平(支出)R(t)只考虑食物支出、衣着、住房、日用必需品支出，其余不予以考虑； 3. 经济的发展使得每个人的消费水平增加，设是每个人对人均消费水平的“贡献”系数； 4. 人均净收入可体现居民收入与消费水平的关系，用Z(t)表示；5. 由于每个人人均收入与支出的差为净收入，净收入可以投资于生产，以提高人均收入，于是可规定n为净相对增长率。三、模型建立问题（1）、（2）的模型建立： （一） 线性模型 1.根据表二居民收人与时间的关系、表三居民消费水平（支出）的关系，建立人均收人L(t)=kt (其中k：人均收人的“贡献”系数)； 人均支出R(t)=mt（其中m：人均支出的“贡献”系数）;于是我们

9、可得人均净收入Z(t)=(k-m)t.表2居民收人L(t)与时间t的关系表3居民消费水平（支出）R(t)与时间t的关系2. 模型分析 显然随着t增大，即随着时间的推移，农村居民的净收入Z(t)=L(t)-R(t),Z(t)0即呈线性增长趋势，亦即可以认为居民的收人水平比消费水平增长的快，这符合我国日益增长的生产力的发展要求，也与宁夏经济的不断发展相吻合。表4居民收入L(t)、消费水平R(t)与时间的关系3. 模型实际意义 农村居民可以通过两种途径提高生活水平：（1）提高人均收入，加大种地投资，提高产量，增加收入； （2）控制消费：减少不必要的日常花费。 4. 模型缺陷 我们可以看到当t趋于无穷

10、大时，Z(t)也趋于无穷大，这当然不是很符合经济发展的规律。事实上，当人民生活水平达到一定高度时，由于资源的匮乏，技术的滞后，工作岗位的饱和等的制约，居民的生活水平将会出现一个相对稳定的状态，即居民净收入将不会再有大的增长。5. 常微分模型 （1）由于在t到(t+t) 时间段内，人均收入的增长为 L(t+t)-L(t)=nL(t)t, (其中n：净相对增长率)； 则得出 (为任意常数)。，显然L=0也是（2）的解，故c为任意常数。若设初始时L()=代入上面（3）可得c=,于是L(t)= 如果n0,则上式说明居民的收入L（t）将按指数无限增长，由于t以1年为单位，是离散的。故可以说居民收入是以为

11、公比的等比数列增加。 当居民收入还不是很高时，生存空间、工作条件、资源等还很充足。居民收入指数增长是有可能的，但当居民的收入非常大时，显然不符合事实，居民在一定的环境条件下，受市场经济，国家生产力发展等因素的制约，只能增长到一定程度保持稳定，因此模型在 L（t）很大时是不合理的。（2）我们设是宁夏农村居民平均人均收入的最大值，并假设此时净相对增长率为n(1-),于是在t到(t+t) 时间段内，人均收入的增长为 L(t+t)-L(t)=n(1-)则=n(1-)于是在t到(t+t) 时间段内，人均收入的增长为 L(t+t)-L(t)=t则，当相对L较大时，可以忽略，便可归类到1的情形；当相对L较小

12、时，不能忽略，此时我们可以看到当L增长到一定程度（接近时），将趋近于0，L将不会增加。问题（1）、（2）的解决：通过模型（一）、模型（二）的1、2，我们已经解决了问题（1），显然问题(2)也将得到解决，事实上：目前L、R一直处于增长趋势，说明宁夏农村居民的收入与消费水平都在提高，并且收入大于支出，进而说明宁夏农村居民的生活水平在不断提高；然而，随着时间的推移，L将会不变趋于某一个常数，即在将来宁夏农村居民的收入会趋于稳定状态，受收入的限制，居民的消费水平也会达到一个平稳的态势。 宁夏地处大西北，经济落后，尤其农村问题更为突出。受地理环境、思想观念等因素的影响，宁夏农村居民收入与消费水平十分低下

13、。影响农村居民收入的主要因素有： (1)种地：大部分居民通过种地来获取收入，而种地受技术、人力投资（除草）、经济投资（施肥）等因素的制约； (2)打工：很多家庭由于地少收入不足，出现劳动力剩余的现象，于是很多居民选择外出打工获取收入；影响农村居民消费的主要因素有： （1）食物：俗话说“民以食为天”，因此食物支出是农村居民的主要花费； （2）住房：随着居民生活水平的提高，老式的砖瓦房已经不能满足居民的生活要求，于是很多家庭盖起了更漂亮（花费很多）的房子； （3）日常生活必需品：生活必需品也是农村居民消费的一个组成部分。宁夏农村居民为了加快经济发展应采取的措施： （1）很好地利用人均净收入（投入种

14、植提高产量、投资畜牧养殖增加收入等）是提高居民收入的有效途径； （2）加大对农业种植的人力投资，有些家庭对种地投资的人力太少，致使平均产量远低于其他家庭，这样更加显得入不敷出，因此，应当加大对农业种植的人力投资； （3）相对的节约食物花费，提高家庭成员道德修养，养成良好的饮食习惯，不浪费食物，不挑食，节省不必要的花费； （4）对住房条件量力而为，增加更多的个人净收入，以获取更多的人均收入，待净收入达到一定水平在提高住房条件； （5）学会理财，使得日常必须品的购买合理划算，节省资金。怎样写作数学建模竞赛论文一 如何建立数学模型建立数学模型的涉骤和方法建立数学模型没有固定的模式，通常它与实际问题的

15、性质、建模的目的等有关。当然，建模的过程也有共性，一般说来大致可以分以下几个步骤：1. 形成问题要建立现实问题的数学模型，首先要对所要解决的问题有一个十分明晰的提法。只有明确问题的背景，尽量弄清对象的特征，掌握有关的数据，确切地了解建立数学模型要达到的目的，才能形成一个比较明晰的“问题”。2. 假设和简化根据对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的假设和简化。现实问题通常是纷繁复杂的，我们必须紧紧抓住本质的因素(起支配作用的因素)，忽略次要的因素。此外，一般地说，一个现实问题不经过假设和简化，很难归结为数学问题。因此，有必要对现实问题作一些简化，有时甚至是理想化3 .模型的构建根据所作

16、的假设，分析对象的因果关系，用适当的数学语言刻画对象的内在规律，构建现实问题中各个量之间的数学结构，得到相应的数学模型。这里，有一个应遵循的原则：即尽量采用简单的数学工具。4. 检验和评价数学模型能否反映厡来的现实问题，必须经受多种途径的检验。这里包括：(1).数学结构的正确性，即有没有逻辑上自相矛盾的地方；(2).适合求解，即是否有多解或无解的情况出现；(3).数学方法的可行性，即迭代方法是否收敛，以及算法的复杂性等。而更重要和最困难的问题是检验模型是否真正反映厡来的现实问题。模型必须反映现实，但又不等同于现实；模型必须简化，但过分的简化则使模型远离现实，无法解决现实问题。因此，检验模型的合

17、理性和适用性，对于建模的成败是非常重要的。评价模型的根本标准是看它能否准确地反映现实问题和解决现实问题。此外，是否容易求解也是评价模型的一个重要标准。5. 模型的改进模型在不断检验过程中经过不断修正，逐步趋向完善，这是建模必须遵循的重要规律。一旦在检验中发现问题，人们必须重新审视在建模时所作的假设和简化的合理性，检查是否正确刻画对象内在的量之间的相互关系和服从的客观规律。针对发现的问题作出相应的修正。然后，再次重复上述检验、修改的过程，直到获得某种程度的满意模型为止。6. 模型的求解经过检验，能比较好地反映厡来现实问题的数学模型，最后将通过求解得到数学上的结果；再通过“翻译”回到现实问题，得到

18、相应的结论。模型若能获得解的确切表达式固然最好，但现实中多数场合需依靠电子计算机数值求解。电子计算机技术的飞速发展，使数学模型这一有效的工具得以发扬光大。数学建模的过程是一种创造性思维的过程，对于实际工作者来说，除了需要具有想象力、洞察力、判断力这些属于形象思维、逻辑思维范畴的能力外，直觉和灵感往往不可忽视，这就是人们对新事物的敏锐的领悟、理解、推理和判断。它要求人们具有丰富的知识，实惯用不同的思维方式对问题进行艰苦探索和反复思考。这种能力的培养要依靠长期的积累。此外，用数学模型解决现际问题，还应当注意两方面的情况。一方面，对于不同的实际问题，通常会使用不同的数学模型。但是，有的时候，同一数学

19、模型，往往可以用来解释表面上看来毫不相关的实际问题。另一方面，对于同一实际问题要求不同，则构建的数学模型可能完全不同。二 写作数学建模竞赛论文应注意的问题：1. 论文格式论文的封面：题目 参赛队员： 指导教师：单位：论文的第一页是摘要，第二页开始是论文的正文，论文要有以下几方面的内容：一. 问题的提出二. 问题的分析三. 模型的假设四. 模型的建立五. 模型的求解六. 模型的检验七. 模型的修正八. 模型的评估九. 附录以上各部分内容应该都是要具备的，但有些步骤可以合并在一起。例如：问题的提出与问题的分析，模型的假设与模型的建立，模型的检验与模型的修正等。下面就每一步以及建模过程中应注意的几个

20、问题作一简要介绍。2. 审题：赛题一般有两道(研究生的竞赛有4道题)，我们可以从中任选一道，这就面临选哪道题合适的问题。因此，首先必需弄清题目的意义。数学建模的题目有时很长，有时很复杂。不易弄懂它的意义，一般要用几个钟头的时间才能弄清楚它的含义。因此我们要求：(1). 深刻理解题意(2). 弄清题目的实际背景(3) 正确选择题目，根据自身的特长和优势作出决定。要注意不要被题目的繁长的叙述哧住，碰到长的题目要有耐心，要仔细的分析题目的各部分内容、条件和要求。3. 当选定题目后，接下来就应该是对题目进进一步的分析。下面的几项工作是必需要做的：(1). 在弄清问题的背景下，说清事情的来龙去脉。(2)

21、. 列出必要的数据，题目所给的数据往往是不够的，还要寻找题目以外的数据。(3). 列出和题目相关的各种条件和变量，分清各变量之间的主从关系。(4). 给出研究对象的关键信息内容。4 . 在分析问题的基础上，提出合理的假设模型是在假设的前提下建立起来的。对情景的说明不可能也不必要提供问题的每一个细节。由题目所提供的假设来建立数学模型还是不够的，还要补充一些假设。假设是建立数学模型很关键的一步，关系到模型的成败和优劣。所以应该仔细地分析实际问题，从大量的变量中筛选出最能表现问题本质的变量，并简化它们的关系。这部分内容就应该在论文的问题的假设部分中体现。由于假设不是实际问题直接提供的，它因人而异，所

22、以，在撰写这部分内容时要注意以下几个方面：(1) 论文中的假设要以严格、确切的数学语言来表达，使读者不致产生任何曲解。(2) 所提出的假设确实是建立数学模型所必需的，与建立数学模型无关的假设只会扰乱读者的思考(3) 假设应该是合理的；怎样的假设才是合理的呢？a .假设应合乎生活常识。b. 假设不能与已知的科学定律相悖。c. 假设必需是对建模有用的。d. 尽量使用数学的语言。e. 假设不要超出题目要求的范围。假设这一步是数学建模的一个难点，它关系到建模的成败和优劣，数学建模的假设就是要发挥每个人的想象力和创造力，提出适当的、合理的、有创新的见解。如果这一步成功了，那么你的整个建模过程也就成功了一

23、半。5 在假设的基础上下一步当然就是模型的建立。在建立模型之前要引进变量及其记号。每个字母所表达的确切含义。经过抽象，确切表达各变量之间的关系，用一定的数学方法，建立起方程式或归纳为其它形式的数学关系式，如图形、表格等。在建模过程中要注意以下几个问题：(1) 要用分析和论证的方法，让读者清楚地了解得到建模的过程。(2) 上下文之间切忌逻辑推理过程中跃度过大，影响论文的说服力。(3) 需要推理和论证的地方，应该有推导过程且应该力求严谨。引用现成定理时，要先验证满足定理的条件。论文中用到的各种数学符号，必须在第一次出现时加以说明。6. 模型的求解把实际问题归结为一定的数学问题后，就要求解或进行分析

24、，数学模型的求解多数是数值求解。在求解时应对计算方法有所说明。使用何种数学软件，给出计算程序(通常以附录形式给出)。有时还用图形或表格形式表出计算结果。有些模型还要作稳定性或灵敏度分折。7. 模型的检验数学模型未必都是正确的，这就需要检验，如何检验 (1) 检验是否符合生活常识；(2) 用己给的数据检验；(3) 用分析推理检验。8. 模型的评估(1) 模型的优缺点 对自已建立的模型要有正确的评价，既要实事求是，不要过分谦虚，也不要过分誇张。(2) 模型的推广,模型的适用范围。对所作的模型，可以作多方面的讨论，例如可以就不同的情景，探索模型将如何变化；也可以根据实际情况，改变文章中的某些假设，指

25、出由此引起数学模型的变化。还可以用不同的数值方法进行计算，并比较所得结果。甚至可以拓广思路，考虑由于建模方法的不同选择而引起的变化。9. 论文写作中语言表述应注意的问题。语言是构成论文的基本元素，数学模型论文的语言与其他科学论文的语言一样，要求达意、精炼，不要把一个句子写得太长，使人不甚辛读。语言中应多用客观陈述句，切忌使用你、我、他等代名词和带主观意向的语句。要特别注意以下几点：(1) 语言要简炼清晰，不要用含糊不清、莫临两可的语言。(2) 不要随意造句。(3) 不要用倒装句(4) 要通俗易懂10. 如何写论文摘要竞赛论文要求写论文摘要，摘要放在论文写完最后写。摘要不是提纲，摘要应把论文的主

26、要思想方法、结论和模型的特色讲清楚。让人看到论文的新意。摘要是给读者和评阅专家的第一印象，直接影响到能否获奖的重要因素。从98年开始，由于参赛规模的不断扩大，为了节省阅卷时间和质量，规定论文摘要写祥细一些(研究生的也一样)。即评阅论文时，先看摘要，如果看了你论文的摘要, 认为这篇文章不值得参加评奖，则就被打掉。因此希望大家要十分重视论文摘要的写作。最后论文要用计算机打印出来，装订好连同电子版上缴，论文一律用A4打印。数学建模竞赛为大学生(研究生)提供了一个表达聪明才智的舞台。你们有这样的机会应该感到高兴。希望大家发扬赶想、赶干，勇于创新，不畏困难的精神。多用形象思维的方法。什么是形象思维，李大

27、潜院士举了两个非常生动有趣的例子：一个是毛主席诗词的“渔家傲”词的最后一句“换起工农千百万，同心干，不周山下红旗乱”用了共工头触不周山的故事。毛主席的原词是：渔家傲 反第一次大“围剿” 一九三一年春万木霜天红烂漫，天兵怒气冲霄汉。雾满龙冈千嶂暗，齐声唤，前头捉了张辉瓒。二十万军重入赣，风烟滚滚来天半。唤起工农千百万，同心干，不周山下红旗乱。关于共工头触不周山的故事：“淮南子.天文训”：“昔者共工与颛顼(zhuanxu)争为帝，怒而触不周之山，天柱拆，地维绝。天倾西北，故日月星辰移焉；地不满东南，故水潦尘埃归焉。”。毛按：诸说不同。我取淮南子.天文训，共工是胜利的英雄。你看“怒而触不周之山，天柱

28、拆，地维绝。”他死了没有呢？没有说。看来是没有死，共工是确实胜利了。毛主席亲自加了按语，说他用了维南子.天文训的典故：“怒而触不周山，天柱折，地维绝”。毛主席写道：“他死了没有呢？没有说。看来是没有死，共工是确实胜利了。”这就完全是一种形象思维。若按形式逻辑，“他死了没有呢？”没有说，就存在两种可能性：一是死，一是活：如果再细分一下，活的当中还可分为未受伤、受轻伤、受重伤、伤重垂危等等情况。这样一来，诗味就完全没有了。而毛主席用形象思维，从“没有死”，到“看来没有死”，到“确实胜利了”， 思维大踏步跳跃前进，为他的诗作提供了依据，也充分表现了对一个英雄的歌颂和崇敬的心情，使诗意得到了升华。李大

29、潜院士说：在文学与诗的境界里，如果滥用逻辑思维，就会失去诗的意境，味同嚼蜡。他举了另一个例子，李商隐(晚唐时期著名诗人，特别专长写爱情诗)的爱情诗是很有名的，他的一首“无题”是这样写的：相见时难别亦难，东风无力百花残。春蚕到老丝方尽，蜡炬成灰泪始干。晓镜但愁云鬓改，夜吟应觉月光寒。逢山此去无多路，青鸟殷勤为探看。对首句“相见时难别亦难”。一本唐诗三百首中是这样解释的：“无见也无别。正因为相见不易，所以离别也觉难得了。实有互文意”。李大替院士说，这位先生于其说是诗家，还不如说是形式逻辑的信徒。按他的说法，对这句诗可以写出一个数学模型：离别次数=相见次数，因为相见次数少(难)，故离别次数也同样少(

30、难)。这哪里还有诗味，哪里看得到那种难分难舍而又刻骨铭心的离别之情。一句好诗给他这么一解释就被破坏无遗了。数学家要重视逻辑思维，又要看到逻辑思维的的不足，注意从形象思维中汲取营养。这不仅是为了做诗作文，更重要的，在数学上要作出出色的创造，要提出新的数学思想、概念、理论和方法，不能单靠简单的逻辑思维，而要有思维的跳跃，要有发散的思维，要敢于想象，大胆猜想，突破前人的成果及思维模式，才能有大的发明创造。数学建模竞赛要鼓励形象思维，发扬同学的创造精神和创造力，几年来通过开展数学建模教育和数学建模竞赛出现了大量的优秀成果和人才。我也希望我们同学在思维数学模型的时候，多从形象思维的方式去考虑问题，这样才会写出有新创意的好文章。最后再谈一个问题，就是如何入手？很多人都提出这个问题。我的回答非常简单就是四个字“模仿借鉴”。模仿是所有科学研究工作的最基本的方法之一。模仿不是抄袭，在前人成功的基础上，借鉴别人的经验知识，结合当前的实际，加以修正、提高，提出新的看法和论点，这就是创新。当问题出现后，如果你还不具备相关的知识和解决问题的办法，而又没有时间获得这些知识时，最好的办法就是查找相关的科学文献资料，借鉴别人的做法和思想。当然不能生搬硬套照抄，要结合自己的实际进行修改创新，