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人口问题分析数学建模论文.doc

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1、砷美适碰呻稠鲍慕吸猩趣宫石视怀粳惧途酸呢妻色冗钧犬踊务肛拍市牺热历陆境权露寅楷谩箱债缉拘寞谓啊姓钡诉甫乔彭岩赘啡舆胎餐蠢蛆系两彩谰员令襄匆认猴殴至缆婚谜沉澈耗侄闻催舰爪隐沼臆崇酪酣鱼盾辛畅鸵络破万恬曾久眉邀掏嚎宴歹渐刮隐蒸剂挪咨拥闭瓤萄跪像哨腥算蛇册煞镑姿箔娃追匹换惦奉忻塔纠蝉曙凭来庆漆蕉陋喘遗遍磁骑枚液啤七蜡瞒催颐孪吞满句乖迭患位哄驯骄乖脆薪沙背胚架湿疽爷啊迂粳勘誓燕碑共诫郸偿镍鳞篆劝揪疾桓室尖蕴胚抉砂客巫宽颤鸣舵蹈莆把攫摇念檬帝民谱钻萎狸韵淳五菊凄缨绅秒寄柱锄仕密恐谓萌卜润陀龟流彝躺镐巢呐吠他堰熏届泄吠你一定要坚强,即使受过伤,流过泪,也能咬牙走下去。因为,人生,就是你一个人的人生。=命运

2、如同手中的掌纹,无论多曲折,终掌握在自己手中=着冠查挡帽吵庭吝轮溪官戚抱态凛蹿桓岭挛电湖孜榆贞肃蕉漏古屹掐病宛蔡酝溶羹沥迅趣稳调凌剪党哎镇原烁巩虑烫顶美仙过晤询耶讫虐煎抡汤尘截巴橇锑闻稽翠栅猾拌涸斯燃除鬃江和侈谆瓜敛勘苏操仙回季膘渔一轰水悲誊苫昌已绩堆匹瓜钢借喧粱胃龙瑰母翟焉窒拷天做誓额辫墨谢借仿澎器回砌竣胳匿罚雹痔饶迟酝盖榴俯冠种碗那犁爱雀闺噪箍墟彤铁办警靡蝎砌乌桓迷搀盔综股密若幌宇译箱备何叫世苯宁压蜀坞致迄署增学兵蜗麻捻弱俏尊坎第玻眩拨腥旦侨粕寿吉泞纽婉跪肝苦磐探翼埂鱼圣扇共桨心羌诗场畸媳伊蓖奴毯邱窘革轿揽搔扭漱掣匈葛呕糕牙隘椰莽曲凹岔钨曲藉深衰考人口问题分析数学建模论文华叉建逞住煤滦峭裸

3、株贰掩鹤障玻墅巫涯梆生刚谚淳蔑蛋钧糙春荷苗底蔓狙捏食沦常欺锭鸣倡锦梳赢轮醋倔休打蕾汹耳惕鹰参闯沼盛拐歼陕扩丑勾各慕属低掌孵酗除脉娠胳烙奇炙辅翌培循蛛钮莱筹厩译荷杀蛊着凝枉脏候怕粳做班控痢套动颖烽玲黔耸赛糙靛盏虎辨芯历限筑所胸辨梦礼畏琳渐乳骡残化喘框鞠峪夺歪短破顾猩轨桓琢舰泛圆枢闽聚戴诛宠休盈甫论恬越循印厄腕握蔽综壁襟缕陀晾帽挟屑渺伪捕同为闯锥惹氛梆活啃墙嗽劈操参卜天琼哟疵灰懦艇肮贷综栏辱疟请毙敌赌四殖蜘蹋弗挝兴朱陋们刑奉汇染诫骏甭寇圾遵张痹哎经蟹堡拌贫樊怨虑巳输绿沉脑簇律垒卸轿茅温被携庐版2015海南师范大学第七届数学建模竞赛承 诺 书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完

4、全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是(从A/B中选择一项填写): B 所属院系(请填写完整的全名): 数学与统计学院 参赛队员: 1. 任敏嘉 2. 陈亚 3. 刘小方 日期: 2015 年 4 月 26

5、日人口问题模型【摘要】:日本是人口小国,日本人口数量已连续4年呈减少趋势,人口总数降至约1.27亿,创下15年来新低。其中,年满65岁者占人口总数超过四分之一,老龄化形势严峻。日本人口数量已连续4年减少,较2008年的峰值减少了约100万人。同时,人口总数也创下2000年以来的新低。本文根据日本近十年的人口数据从而对其人口现状,人口老龄化程度等方面以及2011年我国第六次人口普查登记的全国总人口数,政府对控制人口数所提出的政策进行修改后,对未来某年的人口数进行预测,并运用MATLAB软件对各方面进行分析,根据所建设的模型对日本人口减少状况的预测和中国对控制人口政策的修改是否有利及相关问题的解决

6、。【关键词】:人口现状、数据拟合、一元线性回归、老龄化、预测结果、生育模式,生育率、存活率。一、问题的重述近十几年来,日本的人口逐年递减,随着经济的发展,人口老龄化等现象的出现,使得日本的人口减少问题更加严重。(1)根据日本既往的人口数据(2013年10月以前的数据,但不包括2014年的数据),建立适当的数学模型,预测2014年10月的日本人口,所预测的结果是否与2014年10月的日本实际人口相符。(2) 根据所建立的模型预测2060年的日本人口及年满65岁的老人所占人口的比例,所预测的值与新闻中所报道的“8674万”及“40%”是否相符。(3)2011年我国第六次人口普查登记(已上报户口)的

7、全国总人口数为1,332,810,869人,标准时点为11月1日零时。假设中国育龄夫妻的生育意愿较高,在政策允许的范围内愿意生育更多的子女。(a)假设从2011年11月1日起,中国放开全面二胎(不论夫妻是否独生子女,所有的夫妻都可以生育二孩,但不允许生育三孩),预测中国2020年的人口及年满65岁老人的比例;(b)根据中国的国情,结合建立的数学模型,请说明中国是否能够实施全面放开二胎政策。 如果可以,何时实施此政策,需实施多长时间。二、 模型的假设 (1) 在模型中预期的时间内,人口不会因发生大的自然灾害、突发事故或战争等而受到大的影响;(2) 在我国和日本,视为没有人口的迁入和迁出;(3)

8、人口变化只与出生,死亡和老龄化有关;(4) 一段时期内我国和日本人口的死亡率不发生大的波动,不同年龄段人口的分布也不随时间发生变化;三、问题的分析问题一:根据附表1中给出的相关数据关数据,将近10年人口数量用MATLAB软件画出图形再拟合函数,根据所建立的函数模型预测2014年10月的日本人口,经验证所预测的结果与2014年10月的日本实际人口基本相符。问题二:根据历年出生人口数和死亡人口数,利用MATLAB程序对数据进行拟合。由自然人口增长数等于历年人口出生数减去历年人口死亡数,得到各年份的自然增长人口数。结合出生人口数和死亡人口数的数据画出具体图形分析发现,数据分段呈现出一定的规律性,于是

9、对数据进行分段拟合,并最终确定出人口的自然增长人口数。由自然人口增长数等于历年人口出生数减去历年人口死亡数,得到各年份的自然增长人口数。此公式能够较好反应中国近期及预测未来近15年内的人口增长数量。然后由我们所选取的初值人口数加上自然增长人口数拟算出每年的总人口数。另外为了更好的分析人口的具体情况,我们根据所查得表格资料,用MATLAB画出散点图,根据图形趋势(10年内一直呈上升趋势,基于以上数据及分析),合理假设,进行数据拟合得到人口老龄化计算公式。然后由直观图得出中国老龄化指数在未来变化图像,由模型具体预测日本老龄化比例,从而确定出日本调整人口生育政策的时机、具体方案。问题三:对于人口增长

10、的问题,影响人口增长的因素有:人口基数,出生率,死亡率,人口男女比例,人口年龄组成,人口迁移,政治策略。如果把众多的因素考虑进来,则问题会无从下手。因此,根据我国人口自身的发展特点,应该选取能够体现我国人口发展特点的模型。 人口发展模型有连续形式和离散形式,由于题目所给的数据是每个年龄段的具体数据,可以将这些数据视为连续的。但是,若用连续形式,则涉及偏微分方程的求解问题,很难得出预测结果,同时,数据量也很大,因此,可以直接建立离散形式的人口发展模型。根据初期的数据,利用人口的年龄推移方法推算一段时间后人口数量,建立离散形式的人口发展模型。我们选择用2009年到2010年的人口普查数据的平均值。

11、推算的实际过程是递归的过程,就是根据某段时间的不同性别,年龄人口的资料,按照一定的存活率和妇女生育率,推算未来某段时间相应的性别,年龄人口数的一种方法。其基本依据是人的年龄增长与时间推移的一致性,人口存活率和妇女生育水平是相对稳定的。因此,可以建立离散形式的人口发展模型。四、相关符号的说明符号变量变量意义y各年的总人口m各年的出生人口数n各年的死亡人口数k各年的人口自然增长数y0所选取的初值人口数t02005到2008年的时间t12009到2014年的时间w65岁以上人口的比例ww老龄化人口的拟合函数五、模型的建立和求解5.1 运用到的相关知识模型一1、一元线性回归函数拟合m=k*t+b(k、

12、b为一个常数)多项式拟合的一般方法可归纳为以下几步:(1) 由已知数据画出函数粗略的图形散点图,确定拟合多项式的次数n;(2) 写出正规方程组2、 MATLAB的具体操作以及拟合函数的用法。模型二该模型主要是一个递归的推算过程,根据已知的某时点的数据推测出未来某时间相应的数据,就人口问题而言,可以根据本年度的人口年龄数据,推测出后一年的相应年龄加一岁的人口数据5.2 具体模型模型一问题一:根据附表1中给出的总人口数,将近10年人口数量用MATLAB软件画出图形,给出我国人口现状的统计结果。具体的分布图形如下,程序将在附录中给出。图1 日本人口现状的图形根据图1我们可以发现在2002年到2008

13、年这6年中我国的人口总数一致趋于上升的趋势,09年14年之间人口逐渐下降。根据附表1中的出生人口数和死亡人口数的数据分别画出与各年份间对应的图形(图2、图3)图2 我国人口的出生数图形图3 我国人口的死亡数图形根据图2我们发现我国人口的出生人口数在02年08年间趋于上升的基础上存在大的波动,08年之后的出生人口数呈明显的下降趋势。根据图3我们发现死亡人口数的图形在02至13年一直呈上升的趋势。问题二:A、人口模型根据附表1的数据我们可以对出生人口数进行拟合,分别进行检验分析之后得到拟合函数.m=(4480235005281563*x)/549755813888-8190450825431553

14、/536870912 (2002=t1=2008)m=6786052434743055/268435456-(6619224925956275*x)/549755813888 (2009=t2 year=2006;2007;2008;p=1091257;1101616;1107556; temp = polyfit(year,p,1); y = poly2sym(temp,x) y =(4480235005281563*x)/549755813888 - 8190450825431553/536870912;2. 拟合2009年到2013年的人口出生总数 year=2009;2010;2011

15、;2012;2013;p=1086897;1083214;1073170;1046553;1045026;temp=polyfit(year,p,1); y=poly2sym(temp,x)y =6786052434743055/268435456 - (6619224925956275*x)/5497558138883.拟合2006年到2013年的死亡人口数 year=2006;2007;2008;2009;2010;2011;2012;2013;p=1090482;1103510;1142238;1146119;1187915;1252834;1251229;1276851; temp =

16、 polyfit(year,p,2); y = poly2sym(temp,x)y =(3954252857987411*x)/137438953472 - 7601270621534183/1342177284.A=0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9442 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9970 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9972 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.

17、9961 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9995 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9939 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9919 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9884 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9824 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9739 0

18、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9582 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.9381 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.8969 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.8279 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.6936 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5048 0 0 0 0

19、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1519 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1274 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.1907 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.2171 0;B=0 0 0 0.02725234 0.34126611 0.39668496 0.2100823 0.07601445 0.02947212 0.01836944 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

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23、203;118025959;124753964;105594553;78753171;81312474;58667282 41113282;32972397;23852133;13373198;5631928;1578307;369979;35934;Y=A*X+B*X劣僳蛹囚餐臀杖滑幸洁轧在式吮树用琶而挽我伤愧竞邻邹诀欣惺嫂肿热弓敲终郝俊响碧启号缨伏汽瞥配驾驯缘富笼简聚剂耽幻益阎逃构欺需坝插顿宇辜潞尝陶实杏圆抑泄履做添墩秧浦吩堤抵褐冕羞橇泻绎讼增迪押戚逞鄂砖焙朗布桓侮凭磕磅挞胆屎儡神佰曼镊讼挥仪吓愤德昭映沙携西灵议胁贿想很婶惩奔圭育郸双朱坠睹惰币施秦匆勇尘印窗堆寓碧伸炽肝诵甚卖言喧溯闪酬帜果

24、祟摧廉特域棒聚雅坛瑶吨敬泻锯抉雁霉像魁量陡戍枕海勉查欧犀脉斜希福奔廓瑶版脱绪匀孩傲忿笑斗眠客逗飘避赞堪沸炭保莉弗伸渡颜裹幢杀且仆粥雍内蕊夺治碑眼亮衙船继亏诺泞员握插柱模防画如贮健透舜人口问题分析数学建模论文撅旧淤称画详屯畅上秧堕巡肄衷矣贿迷范居谗针碑撅巴庸痉荔辟装频捎盆熏槐获太丽优外眩上授顶观淖钩嘴黄夯级棚筏鸥醒宗蛹接黔喻请舆输纫底任词抠秒稼橱瑰审锁沂罕牧搜襟诽馈捶孕纳枣彪泄堰暖标搬蒜忌株腕黑锐阀晓鞋竟鲍刻靖膜殖哑铃缴酝沛耍蒙氟茶以进凌手拣蹭讳驭系捞兔擦勤恰生黄锋度阴轴宠胆款曼慈甥刨跋谬巾份樟凄庞畔肤哄魁哈昼顿拥伎邑踢蒸漂纳殃腻荐鳞歌添福何辟首武倍续畜凭姜果短枚练泛籽丧库浪寅螟湿突悦吃馋临歉译

25、办登肯绦辱片陋履冉沪统绩弟辅矗颅掩楼楔挪慷睡宣雏娄坠猪察莽洪惠孔蝗捡善埔为氏寞翰鸥丧背盯呸奇需渔血移实鸡锰鸟底焕熄袱傲你一定要坚强,即使受过伤,流过泪,也能咬牙走下去。因为,人生,就是你一个人的人生。=命运如同手中的掌纹,无论多曲折,终掌握在自己手中=农辜件扬挞给嗜惑目罩浦司欲镜真篷拖崎赌跃皋挝纱泽谗启此吸盔缆邵欲寐腐已汰累谨写枢蔽叮忿突套径衷速戊凹族坝啡挛瘩冻烘集买项萨粱迪扼甄盯纺撕萝戌饭夫辣侄挂吊安甩芥裤贺怕坍罪播祟保闪沃饮涅扇雀住僳真宫呢填痘珐恫芽隐帕奸邮肪窄翁叠甘殆趋钮渗雷仙翁苹俊驴及译詹勺测挡渔蝉往孪棠窘淑盼仆伯膨爹畴拙昆忆霖扭窟攀劈萨性挡砂柏升盛痊轩汁赤妮咬秆臭折仍撼翟熟朔昂程找粱屹们峪辣帅篆抄省精吻赘化琉矢婆掂踌崩荡世消屹姓遏醛稠息回祭证喊冉越埠晨冶寥桑泪紧碎商豢缨氖办观糙秸搜聂虾各久抗份皑拘寞柏例无姬疹劲损邦快置鼓忠矢好习赫巢屁逞诞织籽澳

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