美国数学建模 主要负责论文部分 应如何准备?

大家好!我准备和其他两个小伙伴一起参加2016年的美国数学建模比赛。我们每个人都有主要分工,但可彼此辅助。分别是一个人编程,一个人建模,一个人论文。而我就是主要负责论文部分的。 从现在开始认真准备,希望有过经验的前辈,能够帮助指导一下我应该如何准备我的这部分?我需要掌握哪些技能?我需要熟悉哪些软件?在研究一篇优秀论文时,我应该重点关注它们的什么(框架?内容?排版?..) ......谢谢各路大神!

原问题链接:https://www.zhihu.com/question/37606998

虽然是一年前的提问,但是很有代表性,下面分几个方面谈一下我的看法,其中有些观点与其他几个回复是一致的。

  • 论文写作的具体任务及分工
  • 如何做好赛前准备
  • 如何研读优秀论文

在讲之前,再一次推荐关于美赛写作的这本书 《正确写作美国大学生数学建模竞赛论文》 。这是 美国大学生数学建模竞赛指导丛书 中的一本,作者之一是丛书的主编,美籍华人 王杰 教授。这也是目前市场上唯一一本专门针对美赛写作的书籍,关于美赛写作的方方面面,书中都有介绍,中英文双语。而这套丛书是由美赛主办方COMAP与高等教育出版社联合策划出版的,王杰教授本人是COMAP的中国合作总监。据说这本书要出第二版了,但是估计2017年美赛前出不来。这本书上已经有的内容,我就不啰嗦了,只提一下重点,讲讲书上没有的。

总的来说,论文写作在竞赛中非常重要,但在短时间内无法提高,最好提前准备。竞赛时写作任务的分工不是固定的,不同的参赛队不同,同一参赛队不同的题目可能也不相同,需要在实战(模拟赛)中不断磨合。阅读往年竞赛的优秀论文是提高写作水平的有效方法。还可以结合优秀论文,练习撰写摘要。

1. 论文写作的具体任务及分工

首先要注意,“与论文写作有关的任务”和“主要负责写作的队员有哪些任务”含义不完全相同。下面先讨论与写作有关的任务有哪些,再讨论应该如何分工。

1.1 竞赛论文的特点

写竞赛论文不是写小说,不只是构思和打字,竞赛论文还有很多科技论文独有的元素和特点。这些元素和特点都有对应的具体任务。

  • 符号、公式

    符号和公式是竞赛论文必不可少的部分。规范、准确、简洁的符号和公式能够提高论文的可读性,准确地向读者(主要是评委)传递信息。符号尽量符合习惯。对于原题中已有的符号,如果没有极特殊的原因不要改变,应该沿用。公式应按照规范排版,如果使用LaTeX排版,要将公式放入正确的公式环境,如果使用Word排版,要将公式排版为公式对象,或使用MathType。特别是行内公式(inline equation),不要图省事儿直接用字符代替。重要的独行公式(display equation)要有编号。

  • 图形、图像

    好的图形图像可以达到“一图胜千言”的效果。根据要展示的内容,选择合适的图形图像类型。比如表现趋势可以用折线图,表示不同的分类点可以用散点图等等。找机会再讲如何选择合适的图形图像。

  • 表格

    表格也是科技论文中常见的表现形式,用于展示少量的精确数据。

    何时用表何时用图,是一个常见问题。我的建议是,如果主要是展示数据的总体特征,或者是强调变化趋势,具体某一个数据的准确值并不重要,这时可以考虑用图。如果是为了对比不同对象的属性,或是需要展示某些量的准确值,则可以用表格。另外一个依据是数据的数量多少。如果是展示少量数据,可以用表格,如果是展示大量数据,如果用表格,往往太长,一般用图形图像。

  • 算法伪代码、流程图

    美国赛明确要求只需要论文的正文,不需要附代码,或是软件。但是,如果题目需要,可以在正文或附件中附上算法的伪代码或是流程图。

  • 参考文献

    参考文献的样式有很多种,我国还有国家标准: 文后参考文献著录规则 。但是竞赛没有明确规定。可以按照 UMAP Journal 的样式排版。建议使用专门的文献管理软件以减少工作量。如Mendeley,Zotero等。

  • 引用和交叉索引

    参考文献的引用,图表公式的引用,都要规范,最好是能够使用软件自动完成。

1.2 如何分工

以上这些都需要耗费一定的时间,不一定全由负责论文写作的队员完成,可以分工协作。

负责写作的队员不能完全不懂建模。找一个英语专业,但是不懂建模的同学负责写作,很可能无法完成竞赛论文。前期的讨论,中间的建模、编程、求解,后期的检验等环节,负责写作的队员都应该参与,这样才能在写作时得心应手,减少沟通时间,恰当取舍。由于竞赛时间有限,有时候模型的核心部分,是由负责建模的队员撰写的,计算的部分是由负责编程的队员撰写的。同时,负责写作的队员一般还要担负起查漏补缺的任务,根据写作的需要,对整个方案的完整性提出建议,及时修改。

  • 数学公式一般在写作过程中直接输入,不需要单独排版。
  • 图形图像的绘制,数据图一般是负责编程的队员直接用代码输出图像,流程图、系统架构图、示意图等,往往是负责写作的队员绘制。
  • 表格则可能是其他队员给出数据,或是手写的示意图,负责写作的队员编辑排版。
  • 算法伪代码一般是负责编程的队员完成。
  • 参考文献一般是由负责写作的队员整理。
  • 摘要则应该由三人共同修改,都要发表意见。

无论中间写作是否有合作,最后至少要有一人负责通读全文,如果三人都能独立读一遍则更好。

  • 确保内容完整,没有遗漏,结构合理,详略得当。
  • 确保全篇符号、公式一致,包括图表中出现的符号。
  • 确保全篇交叉索引编号准确无误。
  • 确保全篇版面协调一致。

以上只是一般的经验,具体的分工可能随时在变,要考虑每个队员的特长和题目的特点。而且同一个参赛队,做不同的题目,也可能分工不同。实际的情况非常复杂,赛前一定要进行模拟,在实战中磨合,摸索最佳的配合方式。

2. 如何做好赛前准备

写作水平需要大量练习才能提高,赛前应尽早开始准备,最好与模拟赛结合,同时提高建模能力。竞赛论文写作的一般知识,可以阅读上面推荐的 《正确写作美国大学生数学建模竞赛论文》 一书。除此之外,还需要注意下面几个方面。

  • 要写好竞赛论文,先要知道什么是好论文,也就是提高对论文的评判和鉴赏能力
  • 可以分阶段进行准备
  • 研读优秀论文必不可少,这个话题下一节专门讲
  • 通过模拟赛,体会竞赛对时间的要求
  • 摘要非常重要,需要专门练习
  • 论文的标题经常被忽略,要重视
  • 排版软件及其他

2.1 先学习如何评判论文优劣

好厨师首先是美食家。如果连论文的优劣都无法鉴别,不可能写出好的论文。对于竞赛论文而言,好论文主要还是指模型和整体方案好,语言文字方面只要通顺流畅即可。在练习写好论文之前,先学会评价论文。论文的评价是另外一个大的话题,这里无法展开讲。总之,先学如何评,再学如何写。

2.2 学习美赛写作的三个阶段

总体上,学习美赛写作可以细分为三个阶段。

  1. 如何撰写科技论文

    同样的赛题,同样的模型和方案,用中文写论文,会不会写,能不能表达清楚?在这个环节,要解决的主要问题是了解科技论文这一特殊文体的特点和要求,并掌握其写作方法。通常,这部分任务在参加全国赛等国内竞赛时应该已经解决。

  2. 如何撰写英文科技论文

    如果用中文写科技论文没有问题,再考虑如何用英文写。在这个环节,因为已经有了中文科技论文的写作基础,因此除了克服英文表达的困难之外,需要重点关注的是英文科技论文自身的要求,以及语言方面的特点。

  3. 如何撰写美赛论文

    竞赛论文有一定的特殊性。比如,竞赛论文的摘要是详细摘要,篇幅最多可以接近一页,而科技期刊论文的摘要一般只有200词。比如,ICM要求论文正文篇幅不超过20页,MCM则没有限制。此外,MCM/ICM竞赛还经常有给企业高管写建议信的要求。

竞赛论文写不好,到底是英文表达能力差,还是根本不会写科技论文,或者只是不了解竞赛对论文的具体要求,这是在备战阶段首先要搞清楚的问题,先要对自身的写作水平有一个准确的评价,之后才能有针对性的准备。

2.3 通过模拟赛积累实战经验

与普通科技论文相比,竞赛论文另外一个显著特点是创作时间非常短。普通科技论文的创作周期至少是以周计,硕士、博士学位论文则是以月计甚至以年计。而竞赛总共只有3、4天,要在这几天内完成分析、建模、求解、检验和写作整个全过程,留给写作的时间最多2天。如果赛前不进行严格控制时间的模拟赛,缺乏经验的参赛队很可能因为没有合理安排时间和进度而无法完成论文。

不只是写作,建模和编程的时间也都不充足,三名队员都需要通过模拟赛积累实战经验。而且,竞赛期间压力普遍较大,三个人还能不能很好的沟通与交流,也是不确定因素,也需要磨合和适应。

2.4 练习撰写摘要

美赛论文的摘要是详细摘要,篇幅最多可以接近一页,比科技期刊论文的摘要长的多,也详细的多,能够展示更多信息。而且由于评审时间很短,评委一般不会逐字逐句阅读正文,但是肯定会仔细阅读摘要。所以摘要的质量在论文评审中所占的权重非常高。

摘要本身的目的就是为了帮助读者判断是否需要阅读全文,应该按照与论文拥有同等量的主要信息的原则撰写,也就是要体现论文的研究目的、主要模型、方法、结果和结论。

摘要的重要性,竞赛规则中已经强调了,很多参赛队也意识到了,但是如何练习才能写好摘要,不同的教材有不同的方法。这里介绍一个简单但有效的方法。选一篇往年的优秀论文,不看摘要,直接阅读全文,在了解整个模型的全部细节之后,自己写一篇摘要,再与原文对比,看看与原文相比,谁的摘要更符合“与论文拥有同等量主要信息”的原则,各自的优缺点是什么,自己的摘要还可以怎样修改。

2.5 要重视论文的标题

赛题的标题与论文的标题不是一回事儿。赛题的标题是对赛题主旨的概括,论文的标题是对论文主要内容的概括。赛题是相同的,但是每个参赛队的论文都是独特的,都是不相同的。很多参赛队的论文没有自己的标题,直接使用了赛题的标题。这样做可能是对竞赛规则的误解,认为选哪个题就要写哪个赛题的标题。竞赛其实没有这样不合理的规定,仅仅是要求在指定的位置书写所选题目的编号。更多的队是没有意识到标题的重要性,也不愿意花时间提炼标题,直接写赛题的标题了事,或是根本不写标题。

论文的标题是对论文主要内容(也就是模型和方法)的提炼和总结,好的题目可以帮助读者快速把握论文的要点和精华,吸引读者继续阅读。这个作用有多大?这里有篇文章, 科技论文标题显著影响论文下载量和引用率 ,介绍了一项关于科技论文标题与下载量和引用率关系的研究(Jamali, H., & Nikzad, M. (2011). Article title type and its relation with the number of downloads and citations. Scientometrics, 88(2), 653-661, doi:10.1007/s11192-011-0412-z.)。就MCM/ICM来说,以2016年竞赛为例,27篇Outstanding论文中仅有4篇没有标题,这说明至少Outstanding论文普遍都有自己的标题(论文标题列表附后)。

关于选取论文标题的技巧,可以看这篇文章: 论文标题这么取,引用率不高才怪

2.6 相关软件

  • 排版软件

    不知道从什么时候起,网上流传“参加MCM/ICM竞赛要学LaTeX”,“使用LaTeX排版的论文更容易获奖”这样的说法。虽然我是LaTeX用户,几乎没有用LaTeX之外的软件排版过科技论文,我也认为LaTeX的排版效果更好,我也一直在向周围的人推荐LaTeX,但是我坚持相信,内容大于形式,决定论文质量的是论文内容本身,而不是排版软件。而且,论文排版质量与使用LaTeX排版没有必然联系,也没有证据表明LaTeX排版的论文获奖率更高。如果赛前有基础,当然可以考虑用LaTeX撰写论文。但是如果Word已经用得很熟,那就不一定非要学习LaTeX,用Word一样可以排版出美观大方的论文。而且有相当一部分人学习LaTeX的方式不正确,是按照使用Word的习惯使用LaTeX,完全没有领会LaTeX的精妙,排版出的论文一塌糊涂,不如不用。

    总之,LaTeX不是必须的,具体情况具体分析,量力而行。

    顺便说一句,现在已经有现成的 mcmthesis 文档类,LaTeX用户撰写竞赛论文更方便了。

  • 文献管理软件

    文献管理软件用于收集整理文献信息,并与编辑软件配合,按指定格式输出参考文献列表。虽然不是竞赛必须的,但还是建议早一点开始使用,可以节省大量时间。文献管理软件属于不用不知道,一用忘不掉的那种软件。

    个人推荐 Mendeley ,免费、跨平台、有与Word集成的插件、有移动端、可小组共享、有云端同步。具体使用方法请自行Google。

  • 打字速度

    英文论文按每页400词,每词5个字母计算,如果英文打字速度只有60键/分钟(每秒1键),20页的论文至少要11个多小时才能输入完,这只是输入文字部分所需的净时间,公式、图、表、参考文献还要另外算。而通过机械练习就能提高打字速度,赛前花点时间,很容易达到180键/分钟,这样就有可能比其他那些不会盲打的队省出来几个小时。

3. 如何研读优秀论文

研读优秀论文对提高建模能力和写作水平都很有帮助。关键是怎么读。简单讲,不能只是“读”,读之前要做,读之后要想。

如果主要是为了提高建模能力,应该先做题,再看论文。在读优秀论文之前,先自己做,之后再对比分析。如果没有时间做完整的题目,至少要认真分析题目,提出大致的解题思路,备选的模型、方法,可能遇到的困难等等。有了这些准备工作之后,再读优秀论文,与优秀论文对比。通过对比才能找到自己的思路有什么缺陷,优秀论文的亮点在哪些,哪些方面自己可以比优秀论文做的更好。

如果主要是为了提高写作水平,读之前可以不做题,但最好做,至少应该充分理解题意。读的时候重点关注写作方面的特点,结构、详略、语言等。还要对比多篇优秀论文之间的异同。为什么这些论文是优秀论文?各自有什么亮点?还有哪些方面可以改进?等等。

如果能够获得往届竞赛的其他奖励等级的论文,可以与Outstanding论文对比,分析各自的优缺点。


附:MCM/ICM 2016 Outstanding论文标题列表:

Problem A: A Hot Bath

  • Have a hot bath
  • Enjoy a Cozy and Green Bath
  • Beneath the Surface: a Thermal-fluid Analysis of A Hot Bath
  • Keep It Warm
  • The Math Behind the Bath: A "Cool" Investigation on Cooling

Problem B: Space Junk

  • Strategies to Eliminating Space Debris: Approaches from a Time Dependent Evaluation Model
  • Will We Survive in the Space Junk?
  • A New Space Debris Collisions Insurance Model

Problem C: The Goodgrant Challenge

  • An Optimal Strategy of Donation for Educational Purpose
  • The Optimal Investment Strategy Based on the Large-scale Non-linear Constraint Optimization Methods
  • An Educational Donation Mechanism Based on Data Insight
  • A Multilevel Basyesian Model based on Economic Contribution of University Aliumni

Problem D: Measuring the Evolution and Influence in Society's Information Networks

  • Analysis of Society's Information Networks
  • How to Understand the Information
  • Abridge the Distance between Human Minds -- Research on Social Information Circulation
  • Who Moved My Opinion?
  • Characterizing Information Importance and the Effect on the Spread in Various Graph Topologies

Problem E: Are We Heading towards a Thirsty Planet?

  • A Model for Projected Water Needs and Intervention Strategies in India
  • Tackling Water Scarcity: Modeling Water Access in India Using Multiple Regression Analysis
  • Where's My Water? Global Water Scarcity and Haiti's Water Crisis

Problem F: Modeling Refugee immigration Policies

  • Towards a Hopeful Journey
  • Modeling to Refugees Policies
  • ICM-RUN to Safe Countries

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