人口增长模型数学建模论文.docx

基于最小二乘拟合法的人口增长模型 摘要： 针对题目所提问题，本文结合题目所给数据，采取最小二乘拟合法，利用1982年到1998年的出生率和死亡率，对1999年到2008年的出生率和死亡率进行预测，并得出此时间段内的人口自然增长率，进而得出1999年到2008年的人口总数，并和实际人口总数进行对比。 问题背景及重述 1.1 问题的背景 中国是一个人口大国，人口问题始终是制约我国发展的关键因素之一。我国自1973年全面推行计划生育以来，生育率迅速下降，取得了举世瞩目的成就，但全面建设小康社会仍面临着人口的形势和严峻挑战。随着我国经济的发展、国家人口政策的实施，未来我国人口高峰期到底有多少人口，专家学者们的预测结果不一。因此，根据已有数据，运用数学建模的方法，对中国人口做出分析和预测是一个重要问题。 1.2 问题的重述 下表列出了中国1982～1998年的人口统计数???，去1982年为起始年（t=0），1982年的人口101654万人，人口自然增长率为14‰，以36亿作为我国人口的容纳量，试建立一个较好的人口数学模型并给出相应的算法和程序，并与实际人口进行比较。 时间198219831984198519861987人口（万人）101654103008104357105851107507109300时间198819891990199119921993人口（万人）111026112704114333115823117171118517时间19941995199619971998人口（万人）119850121121122389123626124810 二、问题分析 人口出生率 人口出生率 人口自然增长率 1998～2008年人口数量 三、模型假设与符号说明 3.1、模型假设 1．在未来50年人口生存的社会环境相对稳定（即没有战争及毁灭性灾难）。 2.国际人口迁入与迁出量相等。 3.在本世纪中叶前，我国计划生育政策稳定。 4.题目所给抽样数据是随机的，真实地反映了整体实际情况。 3.2符号说明 t：1982年t=0，往后年份一次累加 Lt：第t年的人口出生率 （t=0,1,2,3……） Dt：第t年的人口死亡率 （t=0,1,2,3……） Nt：第t年的人口自然增长率 （t=0,1,2,3……） Qt：第t年的人口数量 （t=0,1,2,3……） ΦL(t):各年出生率的拟合函数 ΦD(t)：各年死亡率的拟合函数 ωi:权系数 （i=1,2，……，n） 四、问题分析 问题要求从中国的实际情况和人口增长的特点出发，参考相关数据资料，建立数学模型，并由此对中国人口增长的中短期和长期趋势做出预测。为此，我查阅了许多资料，搜到了1982年到2008年的人口数量及出生率、死亡率和人口自然增长率。利用最小二乘拟合法根据1982年到1998年的数据，预测出1999年到2008年的数据，并与实际数据进行对比。 五、建立模型求解 设{Φ0（x），Φ1（x），Φ2（x），……，Φm（x）}是一个线性无关的函数系，则称线性组合Φ（x）=∑akΦk（x）为广义多项式。 设由给定的一组数据（xi，yi）和一组正数ωi（i=1,2，……，n），求一个广义多项式Φ（x）使得目标函数 n 2 S=∑ωi[Φ（xi）- yi] k=0 达到最小，则称函数Φ（x）为数据（xi，yi）（i=1,2，……，n）关于权系数ωi（i=1,2，……，n）的最小二乘拟合函数。 利用最小二乘拟合法将出生率、死亡率数据进行拟合，所得拟合图形如下： 所得的数据如下： 年份1999200020012002出生率‰15.6115.4115.3915.60死亡率‰6.536.556.586.63人口自然增长率‰9.088.868.818.97年份2003200420052006出生率‰16.0616.8017.8619.26死亡率‰6.696.786.887.01人口自然增长率‰9.3710.0210.9812.25年份20072008出生率‰21.0223．20死亡率‰7.167.33人口自然增长率‰13.8615.871999～2008年人口数量： 年份199920002001200220032004人口数量（万人） 125943 127059 128178 129328 130540 131848年份2005200620072008人口数量（万人） 133295 13