数据科学与建模、仿真
頻出约 34 分钟8 个术语过去问 8 题
本单元目标
- 能结合数据分析和业务应用,讲清数据科学家的角色。
- 能讲清确定性模型和概率模型的区别。
- 能分清建立模型、运行模型、用观测值修正模型这几项工作,并选出合适的手段来估计未来。
术语总表(8 个)
术语
数据科学家(データサイエンティスト)是分析海量数据、从中提炼出业务可用见解的专业人才。
光有分析技术还不够,要读懂数字背后的含义,还得懂业务。比如处理销售数据时,除了统计知识,还要了解这门生意如何运转,否则提不出有用的问题。
类比就像侦探:搜集现场留下的线索,提出推断,再拿着证据向委托人说明。
记法名字里的“科学家”,点明了提出假设、再加以验证的工作态度。
考点
- 常考数据科学家(データサイエンティスト)以统计和机器学习(機械学習)为工具分析海量数据,寻找创造新价值的线索。
- 易混搭建数据库(データベース)基础设施,或在安全方面为信息系统(情報システム)提供支持,都不是这个职位的核心工作。
该术语的过去问 2 题 データサイエンティスト →
决策树(デシジョンツリー,又称決定木)是用分枝图表示判断与结果如何分叉的方法。
在每个分叉处沿着条件或选项往下走,末端的叶子上就会出现结论。如果在枝上标出概率,就能用期望值(概率乘以结果后相加的值)比较各个方案。它也是一种逐步给数据分类的机器学习方法。
类比就像走岔路:每到路口看一次指示牌,最后走到哪里,答案就是哪个。
记法“决策”加“树”就是它的名字;结论所在的位置叫“叶”,同样来自树的比喻。
考点
- 常考如果预计对手会选对我方不利的招数,就从末端的值往回推:轮到对手时留最小值,轮到我方时留最大值。
- 常考有成本的方案,要用金额的期望值(期待値)减去成本后的值来比较。
- 易混决策表(デシジョンテーブル)是按条件成立与否的各种组合列出对应结果的表格,形式上不同于分枝图。
该术语的过去问 2 题 デシジョンツリー →
建模(モデル化)是只挑选实现目的所需的要素,用公式或图把现实对象简化地表示出来。
直接处理实物太过复杂,分析和实验都很费事,所以要精简要素。但舍弃了多少,就会留下多少与现实的差距,这一点无法避免。是否加入偶然因素,也是在这个阶段要决定的设计问题。
类比就像地铁线路图:省去距离和地形,只留下车站顺序和换乘信息。
记法日语塑料模型(プラモデル)里的“モデル”就是同一个词,本义正是“模型”。
考点
- 常考速度恒定的工作,可以用直线模型表示时间与进度(進捗率)的关系。如果假定每个人的工作量可以直接相加,那么合作时的斜率就是各人斜率之和。
该术语的过去问 1 题 モデル化 →
确定性模型(確定モデル)不含偶然因素,只要输入相同,结果就总是相同。
比如假定单价200日元的商品卖出30个,销售额的计算结果就只有6,000日元这一种。实际能否卖出30个是另一回事,与现实之间仍可能有差距。
考点
- 易混公式再复杂,只要没有加入偶然因素,就仍是确定性模型(確定モデル)。区分的关键不在于计算难不难。
概率模型(確率モデル)用概率纳入偶然因素,以分布或期望值来表示结果。
它适合表示到店人数、机器故障这类每次取值都有波动的量。把每个值出现的可能性排列出来,就是概率分布,由此可以求出平均意义上的值,即期望值。
类比就像天气预报:不断言明天一定如何,而是告诉你降水概率。
考点
- 常考给缺货(品切れ)概率设上限时,所需库存(在庫)量的求法是从需求高的一端累加概率,取超过库存的需求概率低于上限的最小量。
- 常考期望值最大的方案,不一定是最高金额最大的方案。
该术语的过去问 2 题 確率モデル →
仿真(シミュレーション)是运行模型,不动用实物就试出条件改变后的结果。
即便用实物试验成本高或风险大,在模型上也可以反复重来。用随机数再现波动的方法叫蒙特卡洛法(モンテカルロ法)。结果可不可靠,取决于模型做得好不好。
类比就像正式演出前的彩排:把流程试上几种,找出行得通的做法。
记法英语 simulate 意为“模仿”,中文“仿真”的“仿”也是这个意思。
考点
- 常考适合仿真(シミュレーション)的一类问题是:对未来的条件作出假定,再试算之后的结果。
- 常考只要把数值代入先后关系或固定公式就能得出唯一解的问题,并不是仿真的典型用途。
该术语的过去问 1 题 シミュレーション →
数据同化(データ同化)是把观测值吸收到计算中的模型里,使模型状态贴近现实的方法。
任何模型都与现实有差距,而且计算越往后,差距越容易累积。这时随时把观测值纳入模型,就能把偏差控制在较小范围。典型应用是天气预报。
类比就像行驶中的车载导航:不断接收卫星定位信息,持续修正地图上的当前位置。
记法生物学里的同化,是把外界摄取的物质变成自身的一部分;把观测值变成模型的一部分,正是同样的意象。
预测(予測)是根据过去的数据、模型等手头的信息,估计未来的数值或状态。
手段不限于统计和模型计算,也可以汇集专家的见解。无论用哪种手段,既然是估计,就仍有不准的可能。
类比就像登山者根据一路走来的速度和剩下的路程,估算到达山顶的时间。
记法日语的予測字面就是“预先测量”:把还量不到的东西提前量一量。
考点
- 常考预测(予測)的输入不限于过去的实际数据,对未来环境变化的假定也可以一并使用。
- 常考费米估算(フェルミ推定)是对难以直接计数的量,凭已知数值和条理清晰的推理作出粗略估计的方法。对象不限于未来的量。
- 易混德尔菲法(デルファイ法)通过反复调查专家来寻求对未来的共识,回归分析(回帰分析)则用统计从数据中求出输入与输出的关系。两者都不是费米估算。
该术语的过去问 3 题 予測 →
要点
- 数据科学家通过分析海量数据,提炼出业务可用的见解。
- 决策树在枝上标出概率和金额,用期望值比较方案;涉及对手的判断,则从末端往回推来决定走法。
- 模型只保留实现目的所需的要素,是一种简化,因此与现实有差距。用观测值缩小这一差距的就是数据同化。
- 仿真是在模型上改变条件、试出结果的实验,连难以用实物试验的方案也能比较。
- 预测的手段不限于模型计算,也可以汇集专家的见解。
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