2022年美国大学生数学建模竞赛D题解题思路！

2022年美国大学生数学建模竞赛D题

1、问题描述与要求

背景

许多公司将数据视为一种战略资产，但他们承认很难从这种资产中获得价值。妥善管理这一宝贵资源可以带来竞争优势。因此，公司需要建立一个集成的数据和分析（D&A）系统。在这一系统中，他们可以保证拥有适合的人员、技术和流程来管理、操作、使用和保护这一资源。

你们团队需要构建评估 D&A 系统的模型，以帮助公司管理层就三个关键部分做出正确决定：人员、技术和流程。当涉及到 D&A 时，你的模型通过检查上述三个关键组成部分来为公司提供衡量 D&A 系统的成熟度。为了最大限度地发挥其数据资产的潜力，公司需要高技能的人员、相关技术、成熟的流程，以及所有三个组成部分之间的紧密协作。

你们的模型要帮助公司评估他们的现状，并深入了解为最大限度地发挥其 D&A 系统的潜力所需做出的变化。公司使用你们的模型来优化他们的分析能力，获得竞争优势，并使客户对公司的数据管理能力充满信心。

洲际货运（ICM）公司经营着一个大型的海港，并雇用了你们团队。ICM 公司希望你们能衡量他们当前 D&A 系统的成熟度，并提供一个可靠的计划来优化他们的 D&A 能力。使用你们的模型，ICM 公司希望能在他们的数据实践中传递给客户信任和信心。

要求

由于公司的规定，ICM 公司不能与您的团队分享他们的人员、技术、流程或数据的具体信息。但是，关于 ICM 公司的运作和他们经常处理的数据类型的一般描述已经附在了本题末尾。建立一个模型来评估 ICM 公司的 D&A 系统。你的模型开发和报告应包括以下内容:

衡量 ICM 公司当前 D&A 系统成熟度水平的指标。包括衡量其 D&A 人员、技术和流程成功与否的关键绩效指标（KPI）。

在 ICM 公司使用你的模型来确定他们当前的 D&A 成熟度水平后，向他们展示如何使用你的模型对系统做建设性地改变，让该公司最大限度地发挥其数据资产的潜力。

建议 ICM 制定规则，以衡量其 D&A 系统的有效性。

演示你的模型如何应用于一个更大或更小的海港。分析你的系统成熟度指标如何能适用于其他行业。具体来说，货运公司可以使用你的成熟度指标吗？如果 ICM 公司的客户，比如一家货运公司也使用了你们的指标，这对 ICM 公司有什么好处？

归根结底,ICM 公司关心的是客户的满意度和信任度。写一封一页的信给 ICM 公司的客户（港口用户），概述你们所建议的衡量方法并为 ICM 公司的 D&A 系统增添信任度。

最终提交的 PDF 论文的总长度不要超过 25 页，并且应包括：

一页摘要

目录

完整解题方案

给 ICM 公司客户（港口用户）的一页信

参考文献列表

注意：ICM 比赛的参赛论文有 25 页的限制。你们队提交的论文中所有内容（包括摘要、目录、参考文献和任何附录）需控制在 25 页以内。论文中所用到的（别人的）想法、图片和以及任何其他材料都需要注明来源。

术语解释

数据和分析(D&A)系统：用于管理数据和分析的人员、技术和流程的复杂互联系统。

关键绩效指标：一种业务绩效的衡量指标，以了解实现预期目标的进展。

2、问题分析

01、第一问要求我们衡量ICM公司当前D&A系统成熟度水平的度量指标。包括衡量其D&A人员、技术和流程的成功成都的关键绩效指标。

首先本文旨在要求我们多维度的选择指标，从而客观公正直观地评价该系统地成熟度水平。我们可以设置以下几类因子：关键因子，如人的技能成都、技术和流程的成功度；配合因子，如人、技术和流程的配合情况；能力银子，如有新增用户数量所决定的能力指标；其他因子，指不在上述讨论情况中且会对系统造成影响的相关因素。

确定好我们所需要的指标之后，就是要确定我们所要用的度量方法和模型，这也是第二问所提到的问题。

02、第二问原文如下：“在ICM公司使用您的模型来确定他们当前的D&A成熟度之后，演示他们如何使用您的模型来对系统更改，使公司能够最大限度地发挥其数据资产的潜力。”

本问可以简单的分成两个部分，其一是基于第一问建立评价模型。其中，根据往常的学习我们可以知道，评价问题可以有两个建立方法：一是建立机器学习模型，最简单的如BP精神网络，复杂的可以是决策树随机森林等，这种方法的好处是可以输入各个指标的具体数值，经过网络的学习即可输出D&A模型相对应的分数，通过分数值更加直观的评价系统的成熟度水平，而该方法的不足之处便是无法形成直观的数学表达式。

其二是用统计学的方法建立模糊综合评价模型、层次分析模型、熵权法，通过这种方法我们可以建立直观的表达式，使结果更具可解释性，不足便是对于各类指标的判定受主观因素影响过大，容易造成误差，对评价结果产生偏离。

03、针对各个指标的数值，可以根据关键绩效指标的定义来确定，即：对业务绩效的度量，以了解进度向着预期目标所取得的进展。也可以通过多种定义方式，如直接采用数学表达式（可以参照概率统计中的条件概率的公式），用（目前人员+技术＋流程下业务完成量）/总规划量，作为配合因子。用条件概率分别计算人的技能程度、技术和流程的成功程度。

参考题目中第三面的资料，也可以基于人的技能程度、技术和流程的成功程度下的各个影响因素进行加权，从而计算得到各个指标的值。

针对如何使用模型推荐进行系统的更改，如果采用的第二类评价模型，可以根据公式进行判断。如果采用第一类评价模型，即神经网络，可以先控制变量，再在一定取值区间内，不断改变变量的大小，让模型输出结果，设变量的值为x，输出的结果为y，绘制图像，根据二维图像直观的得到取何值时结果最优，即公司最大限度地发挥其数据资产的潜力。

04、第三问要求我们建议ICM应制定协议来衡量其D&A系统的有效性。

这一问是结合第二问给出的模型，需要给出指定协议的必要性（即结合第二问来说明可以较好的衡量D&A系统，可以实现D&A系统的优化，有助于提高效率并有助于用户对公司建立信心）。

同时还需要指出可以如何建立协议（如从衡量模型的假定条件出发、各个部分如何配合等）

05、第四问让我们演示如何将模型应用于较大或小的海港。分析我们的系统成熟度指标如何能够适应于其他行业。具体来说，卡车运输公司能使用你的成熟度指标吗？如果ICM公司的客户，比如一家大车运输公司，也使用了你的指标，那么这对ICM公司有什么好处呢？

本问考察的是对模型的灵敏度判断。首先针对卡车运输公司是否可以使用我们的数据，需要先对卡车运输和原应用场景类比，首先大致的分类也可以只包含关键环节因子、配合因子、其他因子。除此之外我们还要考虑出其他关键因素，如关键环节因子中还需考虑车的情況、路况、路径规划等情况。这一问中不涉及具体模型，所以我们言之有理即可。

而第二个问题关于好处，可以进行文字描述，好处可以列出掌握信息业务拓展，也可以再次类推，或者推广到更多的领域等等。也可以数学建模描述，但这需要再新建一个评价模型，同样也对数据有要求。我们队伍只是对该文进行了相关的文字解释。

06、最终，ICM公司关心客户的满意度和信心。给ICM公司的客户（港口用户）写一封信，概述您提出的测量方法，并对ICM公司的D&A系统灌输信您的PDF解决方案总共不超过25页，应该包括：一页的摘要表表的内容在你完整的解决方案写给ICM公司的客户 （港口用户）的一页纸的信

信的内容主要是描述队伍提出的方案，并尽可能说明该方案的优势尤其是在客户满意度与信任方面。