2023年美赛特等奖论文-C-2309397-解密.pdf
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### 2023年美赛特等奖论文C-2309397解析 #### 背景介绍与研究目的 本论文是2023年美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM)中获得特等奖(O奖)的作品之一,编号为C-2309397。该研究主要关注于分析流行文字游戏Wordle的数据,旨在通过定义一系列指标并建立模型来探索隐藏在Wordle结果中的信息。 #### 主要研究内容 1. **数据预处理与时间序列分析** - 数据预处理:对给定的Wordle结果数据进行清洗和整理。 - 时间序列分析:分析报告结果的数量随时间的变化趋势,并将其分为三个阶段。 2. **预测模型构建** - 建立基于ARIMA与BP神经网络的加权优化模型,用于预测报告结果的数量。 - 使用Bootstrap方法给出预测区间。 3. **字属性分析** - 定义了3个定性属性和4个定量属性,用以描述单词的特征。 - 构建多元线性回归模型,探讨这些属性如何影响玩家选择“困难模式”的比例。 4. **LSTM模型预测** - 基于LSTM模型预测报告结果的百分比分布情况。 - 通过对数据进行球坐标转换处理,确保预测的百分比总和接近100%。 5. **模型敏感性和误差分析** - 对LSTM模型进行参数调整和噪声引入,进行敏感性分析。 - 引入COV系数衡量模型预测的不确定性。 - 使用均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(R²)评估预测误差。 #### 数据分析过程与发现 **第一阶段:数据预处理与时间序列分析** - 对Wordle结果数据进行预处理,包括数据清洗、缺失值处理等。 - 分析报告结果数量的时间序列图表,发现变化趋势可以分为三个明显阶段。 - 使用ARIMA-BP Interval Prediction Model Based On Bootstrap方法预测2023年3月1日报告结果的数量区间,在95%置信水平下预测区间约为(19504.74, 20383.26)。 **第二阶段:字属性及其对玩家行为的影响** - 定义了3个定性属性(如首字母类型)和4个定量属性(如内部字母距离)。 - 通过多元线性回归模型发现: - 当单词首字母从元音变为辅音时,玩家选择“困难模式”的比例平均下降0.618。 - 单词内部距离每增加一个单位,玩家选择“困难模式”的比例平均上升0.017。 **第三阶段:LSTM模型预测与分析** - 使用LSTM模型预测特定单词EERIE的结果分布,得到的预测比例为[2%, 11%, 25%, 24%, 19%, 14%, 5%]。 - 通过调整模型参数和添加噪声的方式进行敏感性分析,得出模型的COV约为0.4,表明模型具有一定的不确定性。 - 采用MSE、RMSE和R²等指标评估预测误差。 #### 结论与展望 通过综合运用ARIMA、BP神经网络、多元线性回归和LSTM等多种统计和机器学习方法,本研究不仅揭示了Wordle结果背后隐藏的信息,还为未来类似数据分析提供了有力的参考和支持。此外,研究还展示了如何有效处理时间序列数据、如何利用模型预测未来的趋势以及如何评估模型的准确性和可靠性等方面的重要实践技巧。对于数学建模爱好者和数据科学的研究者而言,本研究提供了一个深入理解和应用这些技术的机会。
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