R語言在大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

吳城輝 李杰 扈航

摘 要：R語言作為一種函數(shù)式語言，具有許多優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。例如語法非常簡(jiǎn)單，使用方式自由靈活，可以與其他編程語言共享，通過相應(yīng)的接口可以與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫很好地連接。R語言的保存機(jī)制也比較完善，在線資源豐富，相關(guān)語言代碼是開源的，免費(fèi)的。因此，它被廣泛應(yīng)用于許多高校和組織中。

關(guān)鍵詞：R語言;大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽

全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽（以下簡(jiǎn)稱競(jìng)賽）是中國(guó)工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)主辦的面向全國(guó)大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，旨在激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性，提高學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型和運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問題的綜合能力，鼓勵(lì)廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，開拓知識(shí)面，培養(yǎng)創(chuàng)造精神及合作意識(shí)，推動(dòng)大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革。

競(jìng)賽題目一般來源于科學(xué)與工程技術(shù)、人文與社會(huì)科學(xué)（含經(jīng)濟(jì)管理）等領(lǐng)域經(jīng)過適當(dāng)簡(jiǎn)化加工的實(shí)際問題，不要求參賽者預(yù)先掌握深入的專門知識(shí)，只需要學(xué)過高等學(xué)校的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程。題目有較大的靈活性供參賽者發(fā)揮其創(chuàng)造能力。參賽者應(yīng)根據(jù)題目要求，完成一篇包括模型的假設(shè)、建立和求解、計(jì)算方法的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)、結(jié)果的分析和檢驗(yàn)、模型的改進(jìn)等方面的論文。競(jìng)賽評(píng)獎(jiǎng)以假設(shè)的合理性、建模的創(chuàng)造性、結(jié)果的正確性和文字表述的清晰程度為主要標(biāo)準(zhǔn)。

R語言主要用于統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域。隨著該語言的應(yīng)用和發(fā)展，R語言憑借自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到了有效的拓展。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，海量信息數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，對(duì)這些數(shù)據(jù)的挖掘和處理需要R語言的相應(yīng)幫助。充分利用R語言進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，也有利于建模效率和實(shí)用價(jià)值的發(fā)揮和展示。

一、R語言與“matlab”軟件

（一）“matlab”軟件繪圖功能分析

“Matlab”軟件具有良好的圖像處理能力。相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以直觀呈現(xiàn)。同時(shí)還可以標(biāo)記相應(yīng)的圖形，完成圖形打印。對(duì)于圖形處理，也可以實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)，并完成相應(yīng)的圖形計(jì)算和工程制圖?！癝PSS”軟件在圖像處理方面界面友好，可以獲得高質(zhì)量的圖形信息，可以使用編程語言進(jìn)行圖像處理，但圖形工具還需要改進(jìn)一步改進(jìn)，深入掌握應(yīng)用就比較困難了。在圖像處理方面，“SAS”軟件擁有非常完善和強(qiáng)大的繪圖工具。同時(shí)，它配備了專業(yè)而復(fù)雜的模塊，可以為圖形繪制處理提供很好的幫助。同時(shí)，該軟件還可以使用編程語言繪制圖像?！癛”軟件可以提供完善的繪圖技術(shù)，并具有圖形數(shù)據(jù)可視化的功能。不僅如此，使用R軟件還可以繪制一些動(dòng)態(tài)圖形，還可以結(jié)合實(shí)際需要自由靈活地繪制復(fù)雜圖形。

（二）Matlab《數(shù)據(jù)處理》軟件

“Matlab”軟件在數(shù)據(jù)處理中有很多算法可供選擇，用戶可以靈活結(jié)合自己的需求選擇相應(yīng)的算法來完成數(shù)據(jù)處理。“SPSS”軟件在數(shù)據(jù)處理方面配備了專門的數(shù)據(jù)編輯器，為用戶獨(dú)立確定數(shù)據(jù)屬性提供了很好的便利。但在實(shí)際的數(shù)據(jù)處理中，不能進(jìn)行批量操作，只能處理同一文件夾中的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理方面，“SAS”軟件可以采用多種處理方法，可以同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù)文件。也可以處理多變量數(shù)據(jù)，但實(shí)際操作復(fù)雜困難，需要長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)。“R”軟件在數(shù)據(jù)處理方面非常方便。同時(shí)，還可以從橫向和縱向自由進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。正則表達(dá)式還可以用于批量處理數(shù)據(jù)字符。因此，對(duì)于一些信息豐富的數(shù)據(jù)表，處理效率非常高。

（三）“matlab”軟件統(tǒng)計(jì)函數(shù)分析

“Matlab”軟件具有豐富的統(tǒng)計(jì)分析算法，可供用戶在統(tǒng)計(jì)分析方面自由選擇?！癝PSS”軟件作為一種為“統(tǒng)計(jì)學(xué)”而誕生的軟件，其本身就包含了大量的統(tǒng)計(jì)分析算法，可以進(jìn)行大規(guī)模的統(tǒng)計(jì)分析。不僅如此，與其他軟件相比，該軟件在方差分析和聚類方面具有更好的性能分析和多元分析也具有顯著的優(yōu)勢(shì)?！癝AS”軟件易于操作進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和方差分析。同時(shí)，還可以結(jié)合實(shí)際建立相應(yīng)的混合數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)多變量數(shù)據(jù)信息的處理。但是在魯棒性方法方面，與其他軟件相比，該軟件有明顯的劣勢(shì)?！癛”軟件具有豐富的統(tǒng)計(jì)分析功能，非常擅長(zhǎng)聚類、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和時(shí)間序列分析。同時(shí)，在擴(kuò)展包資源方面，R軟件在統(tǒng)計(jì)分析方面可以顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

（四）“matlab”軟件運(yùn)行分析

“Matlab”軟件在操作上具有很強(qiáng)的人機(jī)交互能力，界面也非常友好。因此，用戶可以很容易地調(diào)用相關(guān)函數(shù)來完成計(jì)算操作。同時(shí)后續(xù)調(diào)試也更加方便，具有很好的可操作性?！癝PSS”軟件在程序語言方面也非常方便。可直接點(diǎn)擊交互界面，選擇相關(guān)操作功能。同時(shí)也可以下拉菜單自由選擇要操作執(zhí)行的指令。但運(yùn)算功能相對(duì)有限，只能用于一般數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理和分析。在操作方面，“SAS”軟件的界面也相對(duì)友好。它有自己的SAS語言和多窗口操作功能。其實(shí)際可操作性也相對(duì)靈活，其自身的數(shù)據(jù)接口功能也非常強(qiáng)大，可操作性強(qiáng)。在操作方面，“R”軟件整體比較簡(jiǎn)單，軟件有很多擴(kuò)展包，可以覆蓋很多方面。因此，它在數(shù)據(jù)操作和處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用范圍，具有非常重要的意義的優(yōu)勢(shì)。

二、R語言在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用

目前，隨著R語言的不斷深入應(yīng)用和發(fā)展，它已不再局限于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，而是在多個(gè)領(lǐng)域和方向不斷發(fā)展。例如互聯(lián)網(wǎng)、教育、電子商務(wù)、金融、教育等。同時(shí)，通過分析和理解R語言的各種特點(diǎn)，我們也可以認(rèn)識(shí)到R語言在數(shù)學(xué)建模領(lǐng)域也有著非常好的實(shí)用性，能夠更好的幫助數(shù)學(xué)建模發(fā)揮更大的作用和價(jià)值。

結(jié)合影響大學(xué)畢業(yè)生月均工資的相關(guān)因素，收集不同學(xué)歷大學(xué)生月均工資數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，建立合理的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)2020年大學(xué)生月均工資。最后，利用MATLAB、SPSS、SAS和R軟件分別擬合這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息。從最終結(jié)果來看，它們與2021年大學(xué)生就業(yè)報(bào)告中的數(shù)據(jù)相似。利用MATLAB、SPSS、SAS、R等軟件擬合該問題。然而，通過比較上述四個(gè)軟件的擬合優(yōu)度，擬合優(yōu)度的R語言是最接近1，可以證明R語言的擬合效果優(yōu)于其他三種語言，同時(shí)，它也表明，在數(shù)學(xué)建模語言有非常重要的優(yōu)勢(shì)。

三、結(jié)語

本文以R語言的特性及其在數(shù)學(xué)建模中的應(yīng)用為研究對(duì)象，首先簡(jiǎn)單介紹了R語言的起源，分析了其語言特性，隨后從具體軟件產(chǎn)品出發(fā)，將R語言與其他語言進(jìn)行了對(duì)比分析，進(jìn)一步闡述了其所具備的優(yōu)勢(shì)特性價(jià)值。