超越算法和优化：帮助学生工作并像工程师一样思考

本科工程学生能够解决比我们给予信任的更复杂的问题。我发现这是我的真实算法和优化当然，学生解决优化问题，要求他们确定必须进行哪些权衡以满足冲突的要求并到达可行的解决方案。

虽然我所分配的问题可以容易理解 - 例如，帮助农民决定植物以最大化利润最大化的作物 - 它们太复杂，无法在没有适当的工具集的情况下进行分析解决。学生必须整合他们在第一年工程课程中学到的概念，并通过编程技巧开发数学解决方案，将其转换为代码或模型，然后显示并解释结果。

马铃薯^®和模拟金宝app^®让学生在一个学期中可以解决这种复杂性的问题。它们可以在组件级别侧重于低级实现细节，而是可以使用内置的函数和块来开发解决方案，这些解决方案将使它们更长的语言更长10倍，如Python，C或C＃。金宝搏官方网站

MATLAB编程简介

学生们算法和优化已经采取了介绍性编程，但大多数都是Matlab的新手。要熟悉MATLAB语言和开发环境，第一个分配要求他们构建一个简单的用户界面（图1）。该界面包含动画，样本数据的多色图，这些样本数据比静态图表更远。整个练习使他们有信心能够在首先遵循简单的过程之后首先想到他们的应用程序。

第一个主要分配是在Matlab中解决的非线性优化问题。在我教导了课程的三年中，我介绍了一个不同的问题。今年，这是农业问题：学生不得不确定应该为两种作物中的每一个分配多少土地以最大限度地利用利润，鉴于运行灌溉泵的预期降雨量和电力成本。去年，学生必须优化能源管理系统，找到电网，太阳能和风力发电的最佳组合。这一年之前，我给了他们一个采矿场景，其中他们必须找到通过柴油和电动负载 - 搬运（LHD）设备和通风风扇的组合操作和通风的最低成本方法。

这些方案中的每一个都很容易理解概念上，但没有一个有明显的数学解决方案。学生首先将问题的口头描述转化为一组方程。然后，它们必须确定要在MATLAB中使用和实现解决方案的非线性编程技术。最后，它们为非线性优化问题生成一个解决方案，并将其传递到Simulink以可视化该解决方案在不同的实际方案中的执行方式。金宝app

Simulink中的动态优化金宝app

对于下一个作业，学生们学习如何在Simulink中解决动态优化问题，重新加工其初始MATLAB解决方案以处理随时间变化的参数。金宝搏官方网站金宝app例如，在农业问题中，而不是假设基于季节性平均水平的降雨量不变，而且学生现在必须考虑日常变化的降雨量。它们开发了使用预定范围内的金宝app随机产生的值（图2）的随机产生的值进行仿真降雨，风速，云覆盖和其他环境变量的模拟模型。它们将MATLAB代码从早期的分配中包含为用户定义的函数块，然后在找到适用于不同的动态条件集的解决方案之前，优化代码和型号。

要开发他们的模型，学生必须首先构建各个组件，然后弄清楚如何将它们组合成一个完整的系统。我鼓励他们早期和经常测试，而不是等待，直到整个系统被组装。我还向他们展示他们如何使用Simulink Scope块在模型中的任金宝app何点绘制信号并通过系统回溯迹象，就像工程师在调试真实世界系统时一样（图3）。

像工程师一样工作

虽然我鼓励学生尽可能多地完成最终任务，但我也允许他们分组工作。然而，即使他们选择在一起工作，每个学生都必须手到自己的作业，并能够向我解释每一行Matlab代码如何工作。我告诉我的学生，只要您完全理解这些解决方案以及它们的操作，可以完全接受融合他人的部分解决方案。金宝搏官方网站一些教练不同意让学生包括同学的工作，但我相信我的方法反映了工程师在现实世界中工作的方式，大多数工程师都没有时间或资源从头开始解决每个问题。

MATLAB用于高级项目

我最近开始向学生使用MATLAB进行数据分析的第四年课程，以完成更多高级分配。我基于我自己的研究和研究生博士学生论文的这些作业。我将数据分析分为三个阶段。在第一阶段，学生对数据进行简单的统计探索和可视化。接下来，他们采用统计措施来了解各种数据子集合如何彼此不同。最后，它们建立回归，神经网络和决策树模型，并使用它们基于数据进行预测。

学生们有六周时间来完成他们的考试作业。在最初的几周内，一名学生在办公时间里几次访问了我，有关如何进行的问题。我发现这个学生分享了他与同学的学到的东西 - 他作为一种高级工程师或使用初级工程师的高级工程师或领导工程师。班上几乎每个学生都完成了他们的作业并做得很好。这些结果证实了我，并证明了今天的工程师的核心原则：当您拥有正确的工具并了解如何使用它们时，您可以通过并解决困难的工程问题。

西北大学是全球近1300所大学，提供校园广泛的Matlab和Simulink。金宝app凭借校园范围的许可证，研究人员，教师和学生可以在最新的释放级别获得产品的共同配置，以便在课堂上使用家庭，在实验室或现场使用。下载188bet金宝搏