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2024年HiMCM已放題！翰林獨家破題分析！附備賽資料免費領取！

Category: HiMCM數模競賽 Date: 2024年11月13日上午10:15

前兩天，2024年HiMCM數模競賽題目公布，本年度的賽題依舊分為A題和B題，參賽隊伍可任選其一進行解答，今年HiMCM題目大家覺得難不難呢？為了幫助同學們盡快理清思路為大家帶來獨家思路解析！ 2024年HiMCM已放題！翰林獨家破題分析！附備賽資料免費領取！

HiMCM賽題A分析：為未來奧運會建模

玩或不玩：模擬未來的奧運會

問題背景

國際奧委會（IOC）正在計劃在澳大利亞布里斯班舉辦2032年夏季奧運會。隨著奧運會的發展，國際奧委會的目標是通過增加與現代價值觀產生共鳴并吸引全球觀眾的體育、學科或賽事（SDE）來保持奧運會的相關性和影響力。縱觀奧林匹克歷史，SDE被引入、刪除甚至重新引入，以反映時代。例如，2020年，空手道、運動攀巖、沖浪和滑板首次亮相奧運會。然而，空手道不再被列入2024年巴黎奧運會，而霹靂舞（也稱為霹靂舞）被引入。展望2028年洛杉磯奧運會，旗下足球、長曲棍球和海岸賽艇將加入比賽，而棒球和壘球將在缺席20年后重返2028年奧運會。

問題提出

OC的奧林匹克項目委員會制定了一套標準，以確保每項運動都符合奧林匹克價值觀。這些標準包括：

普及性和可及性：增強奧運會的吸引力和全球興趣，而不會過度增加成本或后勤需求。
性別平等：確保男女運動員有平等的參與機會。
可持續性：促進環境和社會責任。
包容性：代表不同文化，促進全球參與（至少有四個大陸的75個國家參與該運動）。
相關性和創新：運動必須吸引年輕觀眾，反映現代趨勢，并在尊重奧林匹克傳統的同時，包括適當的物理虛擬運動。
安全和公平競賽：維護運動員保護和反興奮劑的高標準。

導師解讀：

問題1
本問要求識別IOC標準下的關鍵因素。這是模型構建的基礎，需要從定量與定性、確定性與隨機性等多角度全面分析。例如，受歡迎程度、參與國家數量等可量化，而文化多樣性、社會責任等則需建立適當的定性指標。關鍵在于確保因素的科學性和可操作性，為后續模型奠定基礎。
問題2
本問要求基于第一問的因素構建綜合評價模型。由于這是典型的評價與決策問題，可以考慮層次分析法（AHP）、TOPSIS等綜合評價方法，同時引入權重分析以反映各標準的重要性。模型設計需兼顧IOC的多元目標，確保創新性，特別是對新興運動項目的評價方法。
問題3
本問旨在驗證模型的通用性，需測試不同類型SDEs的評價結果。選擇的SDE應具有多樣性，包括新加入、退出及傳統項目，確保模型在多場景下均能有效運行。關鍵是利用數據驗證模型對各項目符合IOC標準的解釋能力，進一步優化模型參數。
問題4
本問聚焦于推薦未來新增或重啟的SDE，屬于決策支持。應基于模型評分，對符合IOC價值觀的項目進行排序。此處建議突出模型的前瞻性和包容性，關注與現代社會趨勢契合的新項目，同時考慮長期潛力。
問題5
敏感性分析是驗證模型魯棒性的關鍵。需研究各因素權重變化對評價結果的影響，識別可能的偏差，并調整模型以增強其可靠性。要特別注意模型是否對某些因素過于敏感，確保其在IOC決策中具備可信度。
問題6
本問強調用非技術語言總結模型與結論，展示模型的實用性。需清晰闡述模型如何為IOC提供科學、量化的決策依據，同時展示其在推薦項目上的準確性與公平性。要注意突出模型的創新與價值，為IOC未來決策提供新視角。

總體來看，本賽題本質上是評價與決策類問題，需通過綜合評價與權重分析方法解決。在模型設計與數據分析中，應確保數據收集的準確性和全面性，體現模型的創新性和靈活性。

HiMCM賽題B分析：審視高性能計算的環境影響

審視高性能計算的環境影響

問題背景

隨著人工智能（AI）、數據科學和加密貨幣挖礦等領域對高性能計算（HPC）需求的不斷增長，這些技術的環境足跡也日益擴大。對大型數據中心、高性能硬件和能源密集型計算過程的依賴引起了人們對其環境后果的擔憂。

環境影響的核心方面：

能源消耗和碳排放： HPC設施的能源消耗直接與溫室氣體排放相關，尤其是當電力來自化石燃料時。這些設施通常消耗大量能源，使其碳足跡顯著。能源需求還可能對當地電網造成壓力，特別是在可再生能源基礎設施有限的地區，導致對非可再生能源的依賴增加。

其他環境問題：

水資源使用：許多數據中心使用水進行冷卻，導致大量水資源消耗和潛在的水污染。
電子廢物（E-Waste）：制造、使用和處置計算硬件會產生難以回收的電子廢物。
資源枯竭：生產HPC硬件涉及稀土材料的開采，可能導致棲息地破壞、污染和額外的能源需求。
土地使用：數據中心所需的物理空間可能導致對當地生態系統產生重大影響的土地使用爭議。
空氣質量：化石燃料發電廠的排放會降低空氣質量，影響人類健康。數據中心產生的細顆粒物和灰塵也會影響當地空氣質量。
化學品使用：冷卻系統使用的化學品如果管理不當，可能會導致泄漏或溢出的風險。
社會經濟影響：大型數據中心和資源開采可能導致土地變化，可能造成當地社區能源獲取的不平等。
噪音污染：涉及機械的操作可能增加對社區和野生動物產生影響的噪音污染。
網絡架構：數據傳輸所需的網絡基礎設施超出了單個節點，包括更大的連通性問題。

問題提出

要求參賽者深入研究高性能計算（HPC）對環境的影響，特別是能源消耗和碳排放。參賽者需要構建一個模型來評估HPC的環境影響，并考慮不同能源來源和能源混合的影響。此外，參賽者需要預測未來HPC增長對環境的潛在影響，并提出減少HPC環境影響的建議。

導師解讀：

問題1
本問要求分析HPC全球年能耗的范圍，是估計與預測的基礎任務。需結合數據中心在滿負荷及平均利用率下的能耗水平，通過歷史數據和統計分析估算全球范圍內的總能耗量。關鍵在于獲取準確的能耗數據，并識別能耗增長的趨勢，為后續模型提供基線。
問題2
本問核心是建立一個評估HPC能耗導致的碳排放模型，屬于典型的估計與預測類型問題。模型需考慮不同能源生產方式的碳排放因子及其占比（能源組合），可使用線性回歸、時間序列分析等方法對碳排放進行量化估計，同時評估能耗結構變化對排放的影響。模型設計需充分考慮全球不同區域能源結構的差異。
問題3
本問聚焦于未來HPC需求增長對能耗及碳排放的影響。需要在模型中引入未來HPC需求、其他行業能源需求增長以及可再生能源發展潛力的變量。通過情景分析預測2030年的能耗與碳排放范圍，提供對問題規模的科學估計。模型需具備較強的外推能力。
問題4
本問要求擴展模型，包括可再生能源占比增加對碳排放的減排效果。重點是建立不同可再生能源比例情景下的排放模型，分析實現100%可再生能源的潛在影響與挑戰。此外，需要選擇另一個環境影響因素（如水資源使用或電子垃圾）并將其納入模型，進一步評估其與能耗的相關性及綜合影響。
問題5
本問要求基于模型結果提出可行的技術與政策建議，并模擬實施某項建議后的效果變化。例如，可通過模型量化提高可再生能源比例或優化數據中心能效的具體減排效果。此外，還需撰寫一封面向聯合國顧問委員會的信，建議其在2030年發展目標中增加HPC環境影響的專項內容。這一部分需要用非技術性語言總結模型的核心發現與建議，展現模型對實際決策的支持作用。

總體來看，本賽題的核心是通過估計與預測，分析HPC對環境的多方面影響。模型的關鍵在于通過能源結構、需求增長等因素的預測，提出碳排放及環境影響的科學估算。同時，要確保數據收集的全面性和準確性，關注模型的創新性和拓展性，以支持全球范圍內的政策制定和實踐。

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HiMCM參賽詳情

美國高中數學建模競賽（HiMCM）是美國的一個非盈利機構——美國數學及其應用聯合會（COMAP）主辦的一項國際性的數學競賽活動，面向全球高中生開放。

適合學生

9-12年級高中生，掌握一定的數學基礎和編程能力，未來致力于申請數學、計算機等理工科方向的學生。

賽事時間線

比賽時間：2024年11月6日-11月19日
接收解決方案：2024.11.20 晚上 8:00（美東）
比賽結果公布：將于2025年2月1或之前公布

比賽規則

參賽隊伍需要根據組委會提供的題目，完成一篇不超過25頁的全英文PDF文件作為參賽論文。
HiMCM以團隊形式進行，每個團隊由不超過4名高中生（同校組隊）和1名學校老師（擔任指導顧問）組成。團隊成員需要共同面對挑戰、分工合作，以完成論文的撰寫和提交。
參賽隊伍通常需要在限定的時間內（一般為14天）完成論文的撰寫和提交。
競賽時可以用書本、計算、軟件、網絡等資源，但不能和隊外的任何人（包括本隊的指導老師）進行任何方式的討論。

獎項設置