结束了为期4天4夜4小时的研究生数学建模比赛,现在回想起来,整个过程还是比较顺利的。
    首先在公布赛题的前天晚上,我跟黄强文在图书馆写好了论文的主题框架,以及目录的格式等等,避免在行文过程中遇到格式问题的尴尬,严格按照组委会的要求进行格式的设置,进一步加深了对于word文字格样式的理解。然后我们去看了电影《猩球崛起3》,没什么意思。
    第二天一早(周六),黄强文赶到图书馆占座,我9点多姗姗来迟,到了图书馆就开始研究选题,看了一圈,题目都比较困难,其中A,C,E都是有关图论的问题,黄强文虽然对算法比较熟悉,称得上得心应手,但毕竟这需要一个团队来解决,光靠他一个人很难把这么复杂的问题给分析出来。我看到了华为公司命题的B题,乍一看是一条激光器的题目,看到了附录3以为需要很深厚的专业知识,所以基本敲定了做这题,我最扎实的就是通信方面的基础,只要提及,就能想起。然后我看到了有关视频摘要的D题,这不就是我在计算机学院看了一暑假的“视频摘要”吗,动态提取,图像识别。第一问我觉得可以直接做出来了。我立即联系了学长,几经周折,告诉我他们做的知识调用了OpenCV的一个封装好的函数,而我们建模的目的是自己建立模型来提取人像,所以第一问虽然能轻易做出来,但是不符合要求,因为对于算法编程这块有点困难。反正我清楚这条题目算法的灵魂在于“隔帧比对”,提取出动态的像素,接着就是图像处理相关操作,将动态的人跟背景分离。看到这里,D题放弃掉,我着眼于B题,发现其实B题比想象的容易。仔细阅读题目就可以发现,激光器VCSEL激光器的L-I曲线模型已经给我们了,我们只需要将其中8个参数给求出来,根据所提供的一组数据。该怎么求?中午吃完饭,何鸣跟黄强文在研究如何将模型的参数求出来,我睡了一觉,越睡越热,实在受不了了,加入了他们的讨论,此时他们已经试验了Matlab里自带的nlinfit函数了,并且由简单的例子拓展到了解决拟合8个参数的思路,现在只需要将函数提供出来就可以进行拟合,一下午我们就在纠结,我们拟合出来的参数怎么跟它给的初值相差这么大,会不会是错的?黄强文加了比赛讨论群,从中获得了官方比赛的解惑论坛,里面有关于B题的讨论,其中每题都有一个专家来进行解答。一下午差不多拟合了几组数据出来,并且也对于数据点进行了描绘比对,用得到的参数来进行模型的绘制,进展还算顺利。从论坛上还得到了两个个重要信息,1、那就是V-I经验模型的隐藏求解,第一第二问的提升关键也许就在于V是关于I的函数,还是V是关于I,T的函数,这一点很重要,所幸在官方提供的英文文献里,这些东西都提到了,都有相关影子。2、关于P0求出来左右两边都有P0,那么关于四次方根的求解无疑是非常麻烦的,但是我找到了专家关于这个问题的描述,他的意思是实际应用中可以对这个模型进行简化,从而避免四次方根的求解,我灵光一现,用一个固定的参数,来代替P0,带入到式子中去拟合,把这个参数也作为模型的参数不就行了吗,实验结果还是比较好的,有效避免了四次方根的求解。晚上吃完晚饭,我们觉得图书馆太热,在宿舍继续干,基本解决了B题的第一题的a,b两问的思路,第一天10点多结束,没写论文,明天开始写。
    第二天一早(周日),大概九点左右,我们继续在我宿舍干了起来。我着手写论文,何鸣继续写Matlab程序,跑数据,黄强文继续搜寻有价值信息,并且思考正确的曲线应该是什么形状的?第一题a问是要求你根据所求出来的模型参数,绘制该模型在不同温度下的L-I曲线,这还是比较方便的。b问从论坛上看到专家对于这个问题的解释,是取一个临界温度,使得该温度下的L-I曲线的极大值点达不到2mW,如何得到这个温度值?我们采用了二分法,并且在第六次的时候找到了精确到小数点后两位的一个温度值。第二问,模型的优化,我们提出的改进就是经验V-I模型,考虑到温度对V的影响,本来还想考虑四次方根对其求解的影响,但是无奈曲线实在是不好看,有点感觉不符合实际,所以pass掉了这个方案。我写文章写的很懵逼,公式很多,我都一一敲了出来,工作量还是比较大的。我挺佩服何鸣的,他能过清楚的知道自己跑出来的数据保存在什么地方,并且能够很快调出这些数据来进行图形的绘制,这一点是我做不到的。他的记忆力确实好。论文缝缝补补,总算是在晚上11点半左右将第一二两个问题写了出来。期间不知道他们的进度如何,反正我扑在了论文上面,我只知道何鸣不停的修改曲线,以期望得到“最正确“的结果,黄强文拿别人的图跟我们的比对,结合英文论文分析,到底应该曲线是什么样子的。论文的第一二题写完了,觉得差不多,到达我们能力的极限了。
    第三天一早(周一),他们决定继续往下做,反正还有两天半的时间,为什么不往下试试呢,说实话,我当时看过附录2,实在太吓人,不过他们坚持要往下做,我只能耐着性子看下去了。当我看到这个带宽模型时,我仔细阅读了一遍,表面上看上去参数大概十几个,表达式一大堆。但是当我一点点读完后发现了有趣的东西,这么巨量的篇幅,原来是把这个模型详细的推导过程给了出来,大部分都是可以省略的推导过程,也就是无效信息,因此我抽丝剥茧,理清了整个模型的脉络,分为两步,第一步:系统的响应必然分为两部分,稳态响应与瞬时响应,表达式都给了出来。第二步:根据系统的响应是稳态加瞬态,根据幅频特性表达式h(f),根据给出的表达式,将其中的参数标识出来,这是最关键的一步,对于响应系统的理解。应该是从响应表达式出发,不管是不是归一化的响应,最后都会归结为系统关于几个参数的量,归一化方程是2个参数,Y,Z其中Y的表达式是给出来的,里面包含了稳态的N以及稳态的P,因此一层层回溯,找到最初定义的地方,再将方程写出来,这个模型就可以写成数学表达式,公式十分复杂,你中有我,但是原理很容易,除了频率f之外所有的参数全都是可以拟合出来的,没错,就根据一组S21实测曲线进行拟合,Matlab确实比较强大。当然何鸣对于matlab的使用也使我叹为观止,上午10点半写给他的表达式,出去开了个会,下午4点,他就已经把表达式输入完毕了,matlab并不像word编辑公式,或者其他语言,它输入公式是很复杂的,需要一个个迭代,并没有换元这么一说,大概三页word的公式,看起来头皮发麻,这么一长串的公式,何鸣竟然只出了两个错误,”b3输成b5,乘号变成加号“,不出错是不可能,难得的是这么精准快速的定位到错误,可以看出他写出来的matlab程序一目了然,条理清晰,这又是值得我佩服的地方。然后五点不到,就拟合出了与S21实测数据非常吻合的曲线,着实厉害。晚上吃过晚饭,我着手将第三题的论文写出来,因为思路是我发掘的,所以写这部分还是比较轻松的,没有写过多无聊的公式,留下来的全是必要的经典。晚上11点半结束战斗,第三问基本能够解决,看英文文献还是比较重要的,在结束前,我们讨论了关于第四题的思路,总结下来就一点,看文献,搜索关键词为“激光器带宽模型”。

    第四天一早(周二),今天必须把所有题目解决,论文写好,代码整理好,绝不拖到明天的截止时间。上午几乎没什么进展,就是看组委会提供的文献,并且搜索相关的激光器带宽模型的文献,我也没什么头绪,可能是运气比较好,在读一篇中文文献时,“量子级联激光器的一种新的等效电路模型_张鹏程”,其中的参数指向了一篇英文文献,“A simplified analysis of direct intensity modulationof quantum cascade laser”这篇英文文献成为了我们解决第四题的关键,虽然读不懂,但还是硬着头皮用英文翻译软件将大致意思读懂了,就是一个激光器的量子级联模型,带宽可以达到很宽,参数,模型,图像等等都已经描述在英文文献里了,我看完这篇文献后,灵光一现,这不就是跟附录2差不多的思路吗,不过模型不同而已,都是求系统的响应,亦即对于稳态跟瞬态的求解,万变不离其宗,想明白这一点,我就开始搜寻关于这个模型的最终表达,然后回推过去,查看其它的参数如何求得,原来简化后的速率方程推到得到的IM of QCL还是挺好理解的,不过参数不同而已,最终表达的还是系统的响应,心里有数,手上不慌,最后我把方程给了何鸣,何鸣根据方程,将文献里给的参数,绘制了一个该模型的带宽图形,也算是对这个问题有个交代吧,ok,晚上1:40解决所有战斗,论文md5提交,完工。

    第五天一早(周三),我坐在宿舍,外面下着大雨,我等着三位一夜未归的舍友,当我提起笔时,室友陆续回来,现在在酣睡,总结外面这几天的征战,有几点值得怀念:1、合作共赢,何鸣将其自身优势发挥的淋漓尽致,matlab能实现论文所需要所有的图形。我逻辑思维清晰,专业基础扎实,能够从蛛丝马迹抽丝剥茧,并且运气比较好,搜集情报能力一般,但是会及时记录,以备不时之需,事实证明这是非常好的习惯。黄强文动手能力强,搜集情报能力极强,从各种途径论证我们所求模型的正确性,从上图时间点可以看出,我发出的英文文献,47分说给我搞下来,52分群里就有了该文献,当时我们并不在一起,他应该在上课,可见对于队友提出的需求反映是十分迅速的,达到了非常可贵的“敏捷”。2、资源齐备,数学建模,首要是选题,其次是读懂题目,我在第三问时清晰的思路,独特的理解问题的方式,求解问题的思路无疑让团队少走了很多弯路,以及从论坛上搜集的诸多情报,能够在题意理解不清时,防止队伍跑偏。何鸣对于模型的理解,对于模型的求解,数据的存储,提取等方面卓越的能力,让我们不管是换模型还是写论文都能迅速转型,很多时候我说一句话,他就能明白我接下来要表达的意思,并且立即提出,这个问题没问题,i can do it。黄强文搜集问题的能力,为团队提供的资源,通过水群,询问别人,为团队引来了活水,思路永不止步。3、我们是一个团队,每个人发挥其独特优势,将会所向披靡。->“给我搞下来”->“拿去”。->“尝试xxx模型,把xxx参数给我”->“没问题,数据接好”。数学建模告一段落,我们将会记住这段宝贵经历,一起并肩战斗,过程很重要,期待有个好的结果。