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文檔簡介

考查課程《考核方案》教學部門數(shù)學與應用數(shù)學系課程名稱數(shù)學建模教學班級應數(shù)1001,1002信計1001考查時間第18周考場安排需要□不需要eq\o\ac(□,√)隨堂考□考核方式試卷□過程評價□作業(yè)或調(diào)查□作品eq\o\ac(□,√)項目任務□考查內(nèi)容一、簡答題:(40分)1)通過數(shù)學建模選修課程的學習,請談談對數(shù)學建模的認識,學習數(shù)學建模課程的收獲。(不少于500字)(30分)2)簡要說明數(shù)學建模的一般過程或步驟。(10分)二、實戰(zhàn)建模(60分)(在如下問題中任選一題做建模解答),第1題傳染病模型醫(yī)學科學的發(fā)展已經(jīng)能夠有效地預防和控制許多傳染病,但是仍然有一些傳染病暴發(fā)或流行,危害人們的健康和生命。社會、經(jīng)濟、文化、風俗習慣等因素都會影響傳染病的傳播,而最直接的因素是:傳染者的數(shù)量及其在人群中的分布、被傳染者的數(shù)量、傳播形式、傳播能力、免疫能力等。一般把傳染病流行范圍內(nèi)的人群分成三類:S類,易感者(Susceptible),指未得病者,但缺乏免疫能力,與感染者接觸后容易受到感染;I類,感病者(Infective),指染上傳染病的人,它可以傳播給S類成員;R類,移出者(Removal),指被隔離或因病愈而具有免疫力的人。要求:請建立傳染病模型,并分析被傳染的人數(shù)與哪些因素有關?如何預報傳染病高潮的到來?為什么同一地區(qū)一種傳染病每次流行時,被傳染的人數(shù)大致不變?第2題線性規(guī)劃模型—銷售計劃問題某商店擬制定某種商品7—12月的進貨、售貨計劃,已知商店倉庫最大容量為1500件,6月底已存貨300件,年底的庫存以不少于300件為宜,以后每月初進貨一次,假設各月份該商品買進、售出單價如下表。月789101112買進(元/件)282625272423.5售出(元/件)292726282525要求:若每件每月的庫存費用為0.5元,問各月進貨、售貨各為多少件,才能使凈收益最多?建立數(shù)學模型,并用軟件求解。第3題一階常微分方程模型—人口模型與預測下表列出了中國1982-1998年的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù),取1982年為起始年(),萬人,萬人。年198219831984198519861987198819891990人口(萬)101654103008104357105851107507109300111026112704114333年19911992199319941995199619971998人口(萬)115823117171118517119850121121122389123626124810要求:(1)建立中國人口的指數(shù)增長模型,并用該模型進行預測,與實際人口數(shù)據(jù)進行比較。(2)建立中國人口的Logistic模型,并用該模型進行預測,與實際人口數(shù)據(jù)進行比較。(3)利用MATLAB圖形,標出中國人口的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù),并畫出兩種模型的預測曲線。(4)利用MATLAB圖形,畫出兩種預測模型的誤差比較圖,并分別標出其誤差。第4題送貨模型:某地區(qū)有8個公司(如圖一編號①至⑧),某天某貨運公司要派車將各公司所需的三種原材料A,B,C從某港口(編號⑨)分別運往各個公司。路線是唯一的雙向道路(如圖1)。貨運公司現(xiàn)有一種載重6噸的運輸車,派車有固定成本20元/輛,從港口出車有固定成本為10元/車次(車輛每出動一次為一車次)。每輛車平均需要用15分鐘的時間裝車,到每個公司卸車時間平均為10分鐘,運輸車平均速度為60公里/小時(不考慮塞車現(xiàn)象),每日工作不超過8小時。運輸車載重運費1.8元/噸公里,運輸車空載費用0.4元/公里。一個單位的原材料A,B,C分別毛重4噸、3噸、1噸,原材料不能拆分,為了安全,大小件同車時必須小件在上,大件在下。卸貨時必須先卸小件,而且不允許卸下來的材料再裝上車,另外必須要滿足各公司當天的需求量(見表1)。要求:1、貨運公司派出運輸車6輛,每輛車從港口出發(fā)(不定方向)后運輸途中不允許掉頭,應如何調(diào)度(每輛車的運載方案,運輸成本)使得運費最小。2、每輛車在運輸途中可隨時掉頭,若要使得成本最小,貨運公司怎么安排車輛數(shù)?應如何調(diào)度?3、(1)如果有載重量為4噸、6噸、8噸三種運輸車,載重運費都是1.8元/噸公里,空載費用分別為0.2,0.4,0.7元/公里,其他費用一樣,又如何安排車輛數(shù)和調(diào)度方案?(2)當各個公司間都有或者部分有道路直接相通時,分析運輸調(diào)度的難度所在,給出你的解決問題的想法(可結合實際情況深入分析)。圖1唯一的運輸路線圖和里程數(shù)公司材料①②③④⑤⑥⑦⑧A41231025B15012423C52424351表1各公司所需要的貨物量第5題生產(chǎn)與存貯模型:一個生產(chǎn)項目,在一定時期內(nèi),增大生產(chǎn)量可以降低成本費,但如果超過市場的需求量,就會因積壓增加存貯費而造成損失。相反,如果減少生產(chǎn)量,雖然可以降低存貯費,但又會增加生產(chǎn)的成本費,同樣會造成損失。因此,如何正確地制定生產(chǎn)計劃,使得在一定時期內(nèi),生產(chǎn)的成本費與庫存費之和最小,這是廠家最關心的優(yōu)化指標,這就是生產(chǎn)與存貯問題。假設某車間每月底都要供應總裝車間一定數(shù)量的部件。但由于生產(chǎn)條件的變化,該車間每月生產(chǎn)單位部件所耗費的工時不同,每月的生產(chǎn)量除供本月需要外,剩余部分可存入倉庫備用。今已知半年內(nèi),各月份的需求量及生產(chǎn)該部件每單位數(shù)所需工時數(shù)如下所示:月份(k):123456月需求量(bk):853274單位工時(ak):111813172010設庫存容量H=9,開始時庫存量為2,期終庫存量為0。要求制定一個半年逐月生產(chǎn)計劃,使得既滿足需求和庫存容量的限制,又使得總耗費工時數(shù)最少。第6題高階常微分方程模型—餓狼追兔問題現(xiàn)有一只兔子、一匹狼,兔子位于狼的正西100米處,假設兔子與狼同時發(fā)現(xiàn)對方并一起起跑,兔子往正北60米處的巢穴跑,而狼在追兔子。已知兔子、狼是勻速跑且狼的速度是兔子的兩倍。要求:(1)建立狼的運動軌跡微分模型。(2)畫出兔子與狼的運動軌跡圖形。(3)用解析方法求解,問兔子能否安全回到巢穴?(4)用數(shù)值方法求解,問兔子能否安全回到巢穴?第7題時間序列模型某一商場1—12月份的銷售額(單位:萬元)時間序列數(shù)據(jù)如下表所示。月份123456789101112實際銷售額495355595051525251525359要求:(1)建立恰當?shù)臄?shù)學模型,并預測下年一月份(第13月)的銷售額。(2)對所建立的幾種預測方法作誤差的分析與比較。第8題多元回歸模型設某公司生產(chǎn)的商品在市場一的銷售價格為(元/件)、用于商品的廣告費用為(萬元)、銷售量為(萬件)的連續(xù)12個月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下表所示。月份銷售價格廣告費用銷售量11005.50552906.30703807.20904707.001005706.30906707.351057705.60808657.151109607.5012510606.9011511557.1513012506.50130要求:(1)選擇恰當?shù)哪P?,建立銷售量關于銷售價格和廣告費用的關系模型。并利用MATLAB畫出曲線圖形。(2)設第13個月將該商品的銷售價格定為80元/件,廣告費用為7萬元,預計該商品的銷售量將是多少?并對其作統(tǒng)計上的誤差分析。第9題轎車更新問題某人打算購買一輛新轎車,轎車的售價是12萬元人民幣。轎車購買后,每年的各種保險費、養(yǎng)護費等費用如表1所示。如果在5年之內(nèi)將轎車售出,并再購買新車,5年之內(nèi)的二手車銷售價由表2所示。請設計一種購買轎車的方案,使5年內(nèi)用車的總費用最少。表1轎車的維護費車齡/年01234費用/萬元245912表2二手車的售價車齡/年12345費用/萬元76210【注】此問題的求解利用最短路方法或動態(tài)規(guī)劃方法。第10題投入產(chǎn)出綜合平衡分析設某地區(qū)國民經(jīng)濟系統(tǒng)僅由工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務業(yè)三個部門構成,已知某年它們之間的投入產(chǎn)出關系、外部需求、初始投入等如表所示(數(shù)字表示產(chǎn)值,單位為億元)。表各個部門間的關系產(chǎn)出投入工業(yè)農(nóng)業(yè)服務業(yè)外部需求總產(chǎn)出工業(yè)20202535100農(nóng)業(yè)302045115210服務業(yè)1560/70145外部需求3511075總產(chǎn)出100210145要求:(1)建立投入產(chǎn)出系數(shù)表。(2)設有個部門,已知投入系數(shù),給定外部需求,建立求解各部門總產(chǎn)出的數(shù)學模型。(3)如果今年對工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務業(yè)的外部需求分別為150,250,170億元,問這三個部門的總產(chǎn)出分別應為多少?(4)如果三個部門的外部需求分別增加5個單位,他們的總產(chǎn)出應分別增加多少?(5)如果對于任意給定的、非負的外部需求,都能得到非負的總產(chǎn)出,模型就稱為可行的。問為使模型可行,投入系數(shù)應滿足什么條件?第11題產(chǎn)銷問題:某企業(yè)主要生產(chǎn)一種手工產(chǎn)品,在現(xiàn)有的營銷策略下,年初對上半年6個月的產(chǎn)品需求預測如表1所示。表1.產(chǎn)品需求預測估計值(件)月份1月2月3月4月5月6月預計需求量1000110011501300140013001月初工人數(shù)為10人,工人每月工作21天,每天工作8小時,按規(guī)定,工人每個月加班時間不得超過10個小時。1月初的庫存量為200臺。產(chǎn)品的銷售價格為240元/件。該產(chǎn)品的銷售特點是,如果當月的需求不能得到滿足,顧客愿意等待該需求在后續(xù)的某個月內(nèi)得到滿足,但公司需要對產(chǎn)品的價格進行打折,可以用缺貨損失來表示。6月末的庫存為0(不允許缺貨)。各種成本費用如表2所示。表2.產(chǎn)品各項成本費用原材料成本庫存成本缺貨損失外包成本培訓費用100元/件10元/件/月20元/件/月200元/件50元/人解聘費用產(chǎn)品加工時間工人正常工資工人加班工資100元/人1.6小時/件12元/小時/人18元/小時/人(1)若你是公司決策人員,請建立數(shù)學模型并制定出一個成本最低、利潤最大的最優(yōu)產(chǎn)銷方案;(2)公司銷售部門預測:在計劃期內(nèi)的某個月進行降價促銷,當產(chǎn)品價格下降為220元/件時,則接下來的兩個月中6%的需求會提前到促銷月發(fā)生。試就一月份(淡季)促銷和四月份(旺季)促銷兩種方案以及不促銷最優(yōu)方案(1)進行對比分析,進而選取最優(yōu)的產(chǎn)銷規(guī)劃方案。第12題抑制房地產(chǎn)泡沫問題近幾年來,我國各大城市的房價出現(xiàn)了普遍持續(xù)上漲、高居不下的情況。房價的上漲使生活成本大幅增加,導致許多中低收入人群買房難。因此如何有效地抑制房地產(chǎn)價格上揚,是一個備受關注的社會問題?,F(xiàn)在請你就以下幾個方面的問題進行討論:1、建立一個城市房價的數(shù)學模型。并通過這個模型對房價的形成、演化機理進行深入細致的分析,找出影響房價的主要因素;2.考慮西安市房地產(chǎn)市場,請給出房地產(chǎn)價格的合理區(qū)間為購房者理性地選擇房屋提供參考。3、給出抑制房地產(chǎn)價格的政策建議;4、對你的建議可能產(chǎn)生的效果進行科學預測和評價。第13題課程安排優(yōu)化問題某年級學生共分四個班,現(xiàn)需要為其安排下學期課程表(課程開設及任課教師情況見表1),具體要求如下:1、每星期一至星期五上午可以安排四節(jié)課,下午可以安排兩節(jié)課,課程安排均為兩節(jié)連上;2、可用排課教室數(shù)為3個(D1、D2、D3);3、同一課程兩次課之間至少相隔一天;4、每位教師每天上課不超過四節(jié);5、周四下午全校政治學習,不安排上課。表1:課程周學時班級教師班級教師班級教師班級教師B14A1C1A2C1A3C1A4C1B24A1C2A2C2A3C2A4C2B36A1C3A2C3A3C4A4C4B42A1C5A2C6A3C5A4C6B54A1C5A2C6A3C5A4C6(1)請給出你認為比較合理的班級課程安排表;(2)如果教師上課節(jié)數(shù)不做限制,請修改你的模型并重新求解;(3)如果可用排課教室多于4個,請修改你的模型并重新求解。第14題.討價還價中的數(shù)學:在當前市場經(jīng)濟條件下,在商店,尤其是私營個體商店中的商品,所標價格a與其實際價值b之間,存在著相當大的差距。對購物的消費者來說,從希望這個差距越小越好,即希望比值λ接近于1,而商家則希望λ>1。這樣,就存在兩個問題:第一,商家應如何根據(jù)商品的實際價值(或保本價)b來確定其價格a才較為合理?第二,購物者根據(jù)商品定價,應如何與商家"討價還價"?第一個問題,國家關于零售商品定價有相關規(guī)定,但在個體商家實際定價中,常用"黃金數(shù)"方法,即按實際價b定出的價格a,使b:a≈0.618。雖然商品價值b位于商品價格a的黃金分割點上,考慮到消費者討價還價,應該說,這樣定價還是較為合理的。對消費者來說,如何"討價還價"才算合理呢?一種常見的方法是"對半還價法":消費者第一次減去定價的一半,商家第一次討價則加上二者差價的一半;消費者第二次還價要減去二者差價的一半;如此等等。直至達到雙方都能接受的價格為止。有人以為,這樣討價還價的結果其理想的最終價格將是原定價的黃金分割點。是這樣的嗎?試進行定量分析,并給出結果。第15題.道路交通路口車輛、行人停止線位置問題在道路交叉的每個路口常設有機動車、非機動車和行人停止線來避免車輛和行人穿越路口時出現(xiàn)擁堵和事故發(fā)生。車輛和行人在停止線處是等待還是通行由路口的信號燈控制。道路通行規(guī)定:綠燈亮時,準許通行,但轉(zhuǎn)彎的車輛不得妨礙被放行的直行車輛、行人通行;黃燈亮時,已越過停止線的車輛和行人可以繼續(xù)通行;紅燈亮時,禁止車輛和行人通行。如果在兼顧車輛和行人都能比較滿意地通過路口的條件下,想使路口通行量盡可能大,那么這些停止線應該怎樣畫和畫在路口的何處為好?請你們用數(shù)學建模的方法解決此問題并給出根據(jù)你們的數(shù)學模型得出的具體道路交通路口車輛、行人停止線位置。同時用你們的模型說明目前道路交叉的每個路口的機動車、非機動車和行人停止線位置是否合理。第16題數(shù)據(jù)信息的可視化處理隨著信息科學與各種測量技術的發(fā)展,來源實際問題的大量數(shù)據(jù)信息需要進行加工處理。無論是原始的測量數(shù)據(jù)還是經(jīng)科學計算處理后的結果數(shù)據(jù)都需要結合計算機技術進行可視化處理,以直觀的方式展示分析處理的結果。對于一維、二維數(shù)據(jù)信息通常根據(jù)各點的取值情況對相應點著以不同的顏色來直觀表示,如圖1所示的即是為一維、二維數(shù)據(jù)信息的可視化情況。由此容易找出各點取值的分布情況和分布規(guī)律,有利于對問題進行深入的分析研究。當然對于一維、二維數(shù)據(jù)信息,可以用平面、空間散點圖表示,也可以用插值函數(shù)的曲線、曲面表示各點取值的分布情況和分布規(guī)律。圖1.一維、二維數(shù)據(jù)信息的可視化圖附件中提供的是來自實際研究問題實測數(shù)據(jù),它們是某空間區(qū)域8個水平截面上的對應點某物理量的實際測量值(用記事本方式打開文件),每個數(shù)據(jù)文件名就是該截面的豎坐標值(豎坐標的方向為從上到下),空間坐標單位和該物量的單位可以自己設定。為了能直觀分析該物理量在這一空間區(qū)域的分布情況,請你們隊幫助進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析。希望能提供該物理量在各截面和整個空間區(qū)域的分布情況,根據(jù)該物理量的取值情況對各截面和整個空間區(qū)域進行分類。第17題網(wǎng)絡游戲?qū)η嗌倌甑挠绊懡陙?,網(wǎng)絡游戲風靡世界,尤其2003年以前,我國各大城市的網(wǎng)絡游戲?qū)映霾桓F,且大多屬于充滿暴力的RPG,如龍族,奇跡,致使很多的青少年迷戀于此,浪費大量金錢,甚至荒廢學業(yè)。然而,作為我國網(wǎng)絡經(jīng)濟的一部分,我國在出臺了嚴格的網(wǎng)絡游戲管理法則的同時,并沒有完全的禁止。在2003年后,隨著技術的日益完善和游戲畫面的日益精致,許許多多的舊的類型網(wǎng)絡游戲相繼衰落,失去了生命力和吸引力,而一些新型的網(wǎng)絡游戲則取代了他們的位置,如街頭籃球,QQ游戲,另外游戲巨頭EA預計發(fā)行一款在線足球游戲,這些游戲都得到了很好的歡迎。當然,在舊的類型的游戲衰落的同時,暴雪公司的“魔獸世界”游戲繼續(xù)保持了良好的勢頭,成為當今社會最受歡迎的網(wǎng)游,這無疑是一個備受關注的問題?,F(xiàn)在請完成以下任務:(1)選定某一種網(wǎng)絡游戲,建立數(shù)學模型預測其游戲人數(shù)的變化規(guī)律。(2)考慮網(wǎng)絡游戲?qū)Σ煌挲g段的人群的吸引力的不同等方面,修正你的模型。(3)解釋2003年后主流網(wǎng)絡游戲類型變化的原因(尤其對暴雪的“魔獸世界”的情況的孤立點分析原因),并為預防青少年網(wǎng)絡游戲沉迷提出一些建議,并對你的建議可能產(chǎn)生的效果進行預測說明。第18題加工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)態(tài)模擬問題:某工廠共有50機床加工原料,另配有4臺備用機床,當正在加工的機床發(fā)生故障時,立即將備用機床投入生產(chǎn)過程,而發(fā)生故障的機床則移至由三名修理工組成的機修組進行修理,假定一臺機床只由一名工人操作使用,維修時也只由一名修理工修理。經(jīng)過實際調(diào)查,機床發(fā)生故障的間隔時間服從均值等于157小時的指數(shù)分布,一名修理工修理一臺機床的時間服從[4,10]小時之間的均勻分布。進入修理狀態(tài)的機床修理完成后成為備用機床待用狀態(tài)。此系統(tǒng)的工作流程如圖所示。50名工人3名修理工修好的機床返回50名工人3名修理工修好的機床返回為符合加工的實際情況,我們還制定兩條規(guī)則:1.某機床發(fā)生故障直接交給修理工修理時,總是送給休息時間最久的修理工。2.某機床修理完成,若直接交給工人加工時,總是送給休息時間最久的工人。管理部門要求了解機床用于生產(chǎn)的利用率、處于備用狀態(tài)的機床數(shù)、等待修理的機床數(shù)以及機床和修理工忙期的平均值等,以便對此維修策略進行評價。對于這個穩(wěn)態(tài)模擬問題,我們可考慮該系統(tǒng)運行三年(共156周)的情況,并假設每周工作5天,每天工作8小時。請建立數(shù)學模型以分析整個生產(chǎn)系統(tǒng)的特性(最少有多少臺機器同時在運行;最多有多少臺機器在等候修理;平均每小時有多少工人處于工作狀態(tài);平均每小時有多少修理工處于工作狀態(tài);平均每小時有多少臺機器在等待修理;等等。);進一步研究生產(chǎn)工人人數(shù)和修理工人人數(shù)變化對生產(chǎn)系統(tǒng)運行情況的影響,給出最優(yōu)的人事安排方案。第19題比賽項目的排序在各種運動比賽中,為了使比賽公平、公正、合理的舉行,一個基本要求是:在比賽項目排序過程中,盡可能使每個運動員不連續(xù)參加兩項比賽,以便運動員恢復體力,發(fā)揮正常水平。1.表1是某個小型運動會的比賽報名表。有14個比賽項目,40名運動員參加比賽。表中第1行表示14個比賽項目,第1列表示40名運動員,表中“#”號位置表示運動員參加此項比賽。建立此問題的數(shù)學模型,并且合理安排比賽項目順序,使連續(xù)參加兩項比賽的運動員人次盡可能的少;2.說明上述算法的合理性;3.對“問題2”的比賽排序結果,給出解決“運動員連續(xù)參加比賽”問題的建議及方案。表1某小型運動會的比賽報名表項目運動員12345678910111213141####2###3###4###5###6##7##8##9####10####11####12##13###14###15###16###17##18##19##20##21##22##23##24####25###26##27##28##29###30##31###32##33##34####35###36##37###38####39####40####第20題.房地產(chǎn)銷售問題我市某房地產(chǎn)公司通過對歷史資料進行回歸分析(即數(shù)據(jù)擬合),并結合2008年上半年可能出現(xiàn)的影響樓盤銷售的因素,預測該公司2008年上半年的銷售情況如下表所示:月份123456銷售量(套)423241672529該公司的樓盤2007年12月的銷售均價為4800元/平方米,平均每套120平方米,2008年上半年的售價保持不變。2007年12月末尚有49套現(xiàn)房未售出。商品房從規(guī)劃到售出會發(fā)生下列費用:(1)建造成本,包括固定成本(主要是指購地、機器設備的折舊)和可變成本(鋼材、水泥、裝飾材料和人工成本等,其中人工成本在可變成本中占到大約40%),按照2007年12月份的建材價格計算,可變成本(萬元)與商品房建造套數(shù)(以平均每套120平方米計算)的平方成正比,比例系數(shù)為0.5。且可變成本與建材價格上漲幅度有關,例如建材價格上漲10%,則可變成本是按前面方法計算結果的1.1倍。(2)銷售費用,與當月銷售金額成正比。(3)折舊,建造好的商品房未售出的必須計提折舊,折舊分40年平均攤銷,即該公司生產(chǎn)的商品房平均每套每月的折舊為48萬元/(40*12)=0.1萬元。近年以來,央行和國家發(fā)改委等部門出臺了一系列措施平抑建材價格,但由于對建材需求結構而言,總體上求大于供的市場狀況沒有得到根本改善,預計今年建材的價格仍會有一定的增長。預計的增長速度(以2007年12月的價格為基準)見下表:月份123456增長速度10%10%15%15%20%20%該公司希望在上半年就把建造好的房屋全部銷售完,為使利潤最大化,需要制定出從2008年1月到6月每月的建造計劃(即每月完成多少套,以平均每套120平方米計算)。(1)如果公司的月建造能力沒有限制,并允許期房(即尚未建好的房屋)銷售,但在6月底前要全部完成交房,如何制定月建造計劃?(2)如果公司的月建造能力限于33套(以平均每套120平方米計算),并且允許期房(即尚未建好的房屋)銷售,但在6月底前要全部完成交房,又該如何制定月建造計劃?第21題.自命題(要求是自己感興趣的問題,有一定的難度和一定的現(xiàn)實意義。注意:嚴禁網(wǎng)上直接拷貝)評價標準/分值構成一、簡答題每人交一份二、實戰(zhàn)建模題完成方式:可以一人單獨完成,可以2人或三人一組,(2人或3人合作的需在第一頁說明每個人在完成論文中的分工,成績由論文質(zhì)量與分工任務確定,10頁以上)交卷形式:紙質(zhì)文檔+電子文檔,紙質(zhì)文檔的第一頁必須寫好姓名、學號、所選題名。成績評定以紙質(zhì)文檔為依據(jù),電子文檔主要驗證作業(yè)的真實性(沒交電子文檔將扣分).交卷時間:紙質(zhì)文檔在第20周內(nèi)交數(shù)學建模任課老師(任意一個)

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