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2024年HiMCM已放題！翰林獨(dú)家破題分析！附備賽資料免費(fèi)領(lǐng)取！

Category: HiMCM數(shù)模競(jìng)賽 Date: 2024年11月13日上午10:15

前兩天，2024年HiMCM數(shù)模競(jìng)賽題目公布，本年度的賽題依舊分為A題和B題，參賽隊(duì)伍可任選其一進(jìn)行解答，今年HiMCM題目大家覺(jué)得難不難呢？為了幫助同學(xué)們盡快理清思路為大家?guī)?lái)獨(dú)家思路解析！ 2024年HiMCM已放題！翰林獨(dú)家破題分析！附備賽資料免費(fèi)領(lǐng)取！

HiMCM賽題A分析：為未來(lái)奧運(yùn)會(huì)建模

玩或不玩：模擬未來(lái)的奧運(yùn)會(huì)

問(wèn)題背景

國(guó)際奧委會(huì)（IOC）正在計(jì)劃在澳大利亞布里斯班舉辦2032年夏季奧運(yùn)會(huì)。隨著奧運(yùn)會(huì)的發(fā)展，國(guó)際奧委會(huì)的目標(biāo)是通過(guò)增加與現(xiàn)代價(jià)值觀產(chǎn)生共鳴并吸引全球觀眾的體育、學(xué)科或賽事（SDE）來(lái)保持奧運(yùn)會(huì)的相關(guān)性和影響力。縱觀奧林匹克歷史，SDE被引入、刪除甚至重新引入，以反映時(shí)代。例如，2020年，空手道、運(yùn)動(dòng)攀巖、沖浪和滑板首次亮相奧運(yùn)會(huì)。然而，空手道不再被列入2024年巴黎奧運(yùn)會(huì)，而霹靂舞（也稱(chēng)為霹靂舞）被引入。展望2028年洛杉磯奧運(yùn)會(huì)，旗下足球、長(zhǎng)曲棍球和海岸賽艇將加入比賽，而棒球和壘球?qū)⒃谌毕?0年后重返2028年奧運(yùn)會(huì)。

問(wèn)題提出

OC的奧林匹克項(xiàng)目委員會(huì)制定了一套標(biāo)準(zhǔn)，以確保每項(xiàng)運(yùn)動(dòng)都符合奧林匹克價(jià)值觀。這些標(biāo)準(zhǔn)包括：

普及性和可及性：增強(qiáng)奧運(yùn)會(huì)的吸引力和全球興趣，而不會(huì)過(guò)度增加成本或后勤需求。
性別平等：確保男女運(yùn)動(dòng)員有平等的參與機(jī)會(huì)。
可持續(xù)性：促進(jìn)環(huán)境和社會(huì)責(zé)任。
包容性：代表不同文化，促進(jìn)全球參與（至少有四個(gè)大陸的75個(gè)國(guó)家參與該運(yùn)動(dòng)）。
相關(guān)性和創(chuàng)新：運(yùn)動(dòng)必須吸引年輕觀眾，反映現(xiàn)代趨勢(shì)，并在尊重奧林匹克傳統(tǒng)的同時(shí)，包括適當(dāng)?shù)奈锢硖摂M運(yùn)動(dòng)。
安全和公平競(jìng)賽：維護(hù)運(yùn)動(dòng)員保護(hù)和反興奮劑的高標(biāo)準(zhǔn)。

導(dǎo)師解讀：

問(wèn)題1
本問(wèn)要求識(shí)別IOC標(biāo)準(zhǔn)下的關(guān)鍵因素。這是模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，需要從定量與定性、確定性與隨機(jī)性等多角度全面分析。例如，受歡迎程度、參與國(guó)家數(shù)量等可量化，而文化多樣性、社會(huì)責(zé)任等則需建立適當(dāng)?shù)亩ㄐ灾笜?biāo)。關(guān)鍵在于確保因素的科學(xué)性和可操作性，為后續(xù)模型奠定基礎(chǔ)。
問(wèn)題2
本問(wèn)要求基于第一問(wèn)的因素構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型。由于這是典型的評(píng)價(jià)與決策問(wèn)題，可以考慮層次分析法（AHP）、TOPSIS等綜合評(píng)價(jià)方法，同時(shí)引入權(quán)重分析以反映各標(biāo)準(zhǔn)的重要性。模型設(shè)計(jì)需兼顧IOC的多元目標(biāo)，確保創(chuàng)新性，特別是對(duì)新興運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)方法。
問(wèn)題3
本問(wèn)旨在驗(yàn)證模型的通用性，需測(cè)試不同類(lèi)型SDEs的評(píng)價(jià)結(jié)果。選擇的SDE應(yīng)具有多樣性，包括新加入、退出及傳統(tǒng)項(xiàng)目，確保模型在多場(chǎng)景下均能有效運(yùn)行。關(guān)鍵是利用數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型對(duì)各項(xiàng)目符合IOC標(biāo)準(zhǔn)的解釋能力，進(jìn)一步優(yōu)化模型參數(shù)。
問(wèn)題4
本問(wèn)聚焦于推薦未來(lái)新增或重啟的SDE，屬于決策支持。應(yīng)基于模型評(píng)分，對(duì)符合IOC價(jià)值觀的項(xiàng)目進(jìn)行排序。此處建議突出模型的前瞻性和包容性，關(guān)注與現(xiàn)代社會(huì)趨勢(shì)契合的新項(xiàng)目，同時(shí)考慮長(zhǎng)期潛力。
問(wèn)題5
敏感性分析是驗(yàn)證模型魯棒性的關(guān)鍵。需研究各因素權(quán)重變化對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，識(shí)別可能的偏差，并調(diào)整模型以增強(qiáng)其可靠性。要特別注意模型是否對(duì)某些因素過(guò)于敏感，確保其在IOC決策中具備可信度。
問(wèn)題6
本問(wèn)強(qiáng)調(diào)用非技術(shù)語(yǔ)言總結(jié)模型與結(jié)論，展示模型的實(shí)用性。需清晰闡述模型如何為IOC提供科學(xué)、量化的決策依據(jù)，同時(shí)展示其在推薦項(xiàng)目上的準(zhǔn)確性與公平性。要注意突出模型的創(chuàng)新與價(jià)值，為IOC未來(lái)決策提供新視角。

總體來(lái)看，本賽題本質(zhì)上是評(píng)價(jià)與決策類(lèi)問(wèn)題，需通過(guò)綜合評(píng)價(jià)與權(quán)重分析方法解決。在模型設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析中，應(yīng)確保數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性和全面性，體現(xiàn)模型的創(chuàng)新性和靈活性。

HiMCM賽題B分析：審視高性能計(jì)算的環(huán)境影響

審視高性能計(jì)算的環(huán)境影響

問(wèn)題背景

隨著人工智能（AI）、數(shù)據(jù)科學(xué)和加密貨幣挖礦等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡?jì)算（HPC）需求的不斷增長(zhǎng)，這些技術(shù)的環(huán)境足跡也日益擴(kuò)大。對(duì)大型數(shù)據(jù)中心、高性能硬件和能源密集型計(jì)算過(guò)程的依賴(lài)引起了人們對(duì)其環(huán)境后果的擔(dān)憂(yōu)。

環(huán)境影響的核心方面：

能源消耗和碳排放： HPC設(shè)施的能源消耗直接與溫室氣體排放相關(guān)，尤其是當(dāng)電力來(lái)自化石燃料時(shí)。這些設(shè)施通常消耗大量能源，使其碳足跡顯著。能源需求還可能對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)造成壓力，特別是在可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施有限的地區(qū)，導(dǎo)致對(duì)非可再生能源的依賴(lài)增加。

其他環(huán)境問(wèn)題：

水資源使用：許多數(shù)據(jù)中心使用水進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致大量水資源消耗和潛在的水污染。
電子廢物（E-Waste）：制造、使用和處置計(jì)算硬件會(huì)產(chǎn)生難以回收的電子廢物。
資源枯竭：生產(chǎn)HPC硬件涉及稀土材料的開(kāi)采，可能導(dǎo)致棲息地破壞、污染和額外的能源需求。
土地使用：數(shù)據(jù)中心所需的物理空間可能導(dǎo)致對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響的土地使用爭(zhēng)議。
空氣質(zhì)量：化石燃料發(fā)電廠的排放會(huì)降低空氣質(zhì)量，影響人類(lèi)健康。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的細(xì)顆粒物和灰塵也會(huì)影響當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量。
化學(xué)品使用：冷卻系統(tǒng)使用的化學(xué)品如果管理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致泄漏或溢出的風(fēng)險(xiǎn)。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響：大型數(shù)據(jù)中心和資源開(kāi)采可能導(dǎo)致土地變化，可能造成當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)能源獲取的不平等。
噪音污染：涉及機(jī)械的操作可能增加對(duì)社區(qū)和野生動(dòng)物產(chǎn)生影響的噪音污染。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：數(shù)據(jù)傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施超出了單個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括更大的連通性問(wèn)題。

問(wèn)題提出

要求參賽者深入研究高性能計(jì)算（HPC）對(duì)環(huán)境的影響，特別是能源消耗和碳排放。參賽者需要構(gòu)建一個(gè)模型來(lái)評(píng)估HPC的環(huán)境影響，并考慮不同能源來(lái)源和能源混合的影響。此外，參賽者需要預(yù)測(cè)未來(lái)HPC增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的潛在影響，并提出減少HPC環(huán)境影響的建議。

導(dǎo)師解讀：

問(wèn)題1
本問(wèn)要求分析HPC全球年能耗的范圍，是估計(jì)與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)任務(wù)。需結(jié)合數(shù)據(jù)中心在滿(mǎn)負(fù)荷及平均利用率下的能耗水平，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析估算全球范圍內(nèi)的總能耗量。關(guān)鍵在于獲取準(zhǔn)確的能耗數(shù)據(jù)，并識(shí)別能耗增長(zhǎng)的趨勢(shì)，為后續(xù)模型提供基線(xiàn)。
問(wèn)題2
本問(wèn)核心是建立一個(gè)評(píng)估HPC能耗導(dǎo)致的碳排放模型，屬于典型的估計(jì)與預(yù)測(cè)類(lèi)型問(wèn)題。模型需考慮不同能源生產(chǎn)方式的碳排放因子及其占比（能源組合），可使用線(xiàn)性回歸、時(shí)間序列分析等方法對(duì)碳排放進(jìn)行量化估計(jì)，同時(shí)評(píng)估能耗結(jié)構(gòu)變化對(duì)排放的影響。模型設(shè)計(jì)需充分考慮全球不同區(qū)域能源結(jié)構(gòu)的差異。
問(wèn)題3
本問(wèn)聚焦于未來(lái)HPC需求增長(zhǎng)對(duì)能耗及碳排放的影響。需要在模型中引入未來(lái)HPC需求、其他行業(yè)能源需求增長(zhǎng)以及可再生能源發(fā)展?jié)摿Φ淖兞俊Ｍㄟ^(guò)情景分析預(yù)測(cè)2030年的能耗與碳排放范圍，提供對(duì)問(wèn)題規(guī)模的科學(xué)估計(jì)。模型需具備較強(qiáng)的外推能力。
問(wèn)題4
本問(wèn)要求擴(kuò)展模型，包括可再生能源占比增加對(duì)碳排放的減排效果。重點(diǎn)是建立不同可再生能源比例情景下的排放模型，分析實(shí)現(xiàn)100%可再生能源的潛在影響與挑戰(zhàn)。此外，需要選擇另一個(gè)環(huán)境影響因素（如水資源使用或電子垃圾）并將其納入模型，進(jìn)一步評(píng)估其與能耗的相關(guān)性及綜合影響。
問(wèn)題5
本問(wèn)要求基于模型結(jié)果提出可行的技術(shù)與政策建議，并模擬實(shí)施某項(xiàng)建議后的效果變化。例如，可通過(guò)模型量化提高可再生能源比例或優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能效的具體減排效果。此外，還需撰寫(xiě)一封面向聯(lián)合國(guó)顧問(wèn)委員會(huì)的信，建議其在2030年發(fā)展目標(biāo)中增加HPC環(huán)境影響的專(zhuān)項(xiàng)內(nèi)容。這一部分需要用非技術(shù)性語(yǔ)言總結(jié)模型的核心發(fā)現(xiàn)與建議，展現(xiàn)模型對(duì)實(shí)際決策的支持作用。

總體來(lái)看，本賽題的核心是通過(guò)估計(jì)與預(yù)測(cè)，分析HPC對(duì)環(huán)境的多方面影響。模型的關(guān)鍵在于通過(guò)能源結(jié)構(gòu)、需求增長(zhǎng)等因素的預(yù)測(cè)，提出碳排放及環(huán)境影響的科學(xué)估算。同時(shí)，要確保數(shù)據(jù)收集的全面性和準(zhǔn)確性，關(guān)注模型的創(chuàng)新性和拓展性，以支持全球范圍內(nèi)的政策制定和實(shí)踐。

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HiMCM參賽詳情

美國(guó)高中數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽（HiMCM）是美國(guó)的一個(gè)非盈利機(jī)構(gòu)——美國(guó)數(shù)學(xué)及其應(yīng)用聯(lián)合會(huì)（COMAP）主辦的一項(xiàng)國(guó)際性的數(shù)學(xué)競(jìng)賽活動(dòng)，面向全球高中生開(kāi)放。

適合學(xué)生

9-12年級(jí)高中生，掌握一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和編程能力，未來(lái)致力于申請(qǐng)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等理工科方向的學(xué)生。

賽事時(shí)間線(xiàn)

比賽時(shí)間：2024年11月6日-11月19日
接收解決方案：2024.11.20 晚上 8:00（美東）
比賽結(jié)果公布：將于2025年2月1或之前公布

比賽規(guī)則

參賽隊(duì)伍需要根據(jù)組委會(huì)提供的題目，完成一篇不超過(guò)25頁(yè)的全英文PDF文件作為參賽論文。
HiMCM以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行，每個(gè)團(tuán)隊(duì)由不超過(guò)4名高中生（同校組隊(duì)）和1名學(xué)校老師（擔(dān)任指導(dǎo)顧問(wèn)）組成。團(tuán)隊(duì)成員需要共同面對(duì)挑戰(zhàn)、分工合作，以完成論文的撰寫(xiě)和提交。
參賽隊(duì)伍通常需要在限定的時(shí)間內(nèi)（一般為14天）完成論文的撰寫(xiě)和提交。
競(jìng)賽時(shí)可以用書(shū)本、計(jì)算、軟件、網(wǎng)絡(luò)等資源，但不能和隊(duì)外的任何人（包括本隊(duì)的指導(dǎo)老師）進(jìn)行任何方式的討論。

獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)置