2018年美赛C题赛题
2018MCM
ProblemC: Energy Production
Background:Energy production and usage are a major portion of any economy. In the United States,many aspects of energy policy are decentralized to the state level.Additionally, the varying geographies and industries of different states affectenergy usage and production. In 1970, 12 western states in the U.S. formed theWestern Interstate Energy Compact (WIEC), whose mission focused on fosteringcooperation between these states for the development and management of nuclearenergy technologies. An interstate compact is a contractual arrangement madebetween two or more states in which these states agree on a specific policyissue and either adopt a set of standards or cooperate with one another on aparticular regional or national matter.
Problem:Along the U.S. border with Mexico, there are four states – California (CA),Arizona(AZ),New Mexico (NM), and Texas (TX) – that wish to form a realistic new energycompact focusedon increased usage of cleaner, renewable energy sources. Your team has beenasked by the four governors of these states to perform data analysis andmodeling to inform their developmentof a set of goals for their interstate energy compact.
Theattached data file “ProblemCData.xlsx” provides in the first worksheet(“seseds”) 50 years of data in 605 variables on each of these four states’energy production and consumption, along with some demographic and economicinformation. The 605 variable names used in this dataset are defined in thesecond worksheet (“msncodes”).
PartI:
A.Using the data provided, create an energy profile for each of the four states.
B.Develop a model to characterize how the energy profile of each of the fourstates has evolved from 1960 – 2009. Analyze and interpret the results of yourmodel to address the four states’usage of cleaner, renewable energy sources ina way that is easily understood by the governorsand helps them to understandthe similarities and difference between the four states. Include in yourdiscussion possible influential factors of the similarities and differences(e.g. geography, industry, population, and climate).
C.Determine which of the four states appeared to have the “best” profile for useof cleaner,
renewableenergy in 2009. Explain your criteria and choice.
D.Based on the historical evolution of energy use in these states, and yourunderstanding of the differences between the state profiles you established,predict the energy profile of each state, as you have defined it, for 2025 and2050 in the absence of any policy changes by each governor’s office.
PartII:
A.Based on your comparison between the four states, your criteria for “best”profile, and your predictions, determine renewable energy usage targets for2025 and 2050 and state them as goals for this new four-state energy compact.
B.Identify and discuss at least three actions the four states might take to meettheir energy
compactgoals.
PartIII:
Preparea one-page memo to the group of Governors summarizing the state profiles as of2009, your predictions with regard to energy usage absent any policy changes,and your recommended goals for the energy compact to adopt.
Yoursubmission should consist of:
One-page Summary Sheet,
One-page memo,
Your solution of no morethan 20 pages, for a maximum of 22 pages with your summary
and memo.
Note: Reference list andany appendices do not count toward the 22-page limit and
should appearafter your completed solution.
Attachments:
ProblemCData.xlsx
Includestwo worksheets seseds and msncodes.
References:
StateEnergy Data System (SEDS) Complete Dataset through 2009 (All 50 states)
https://catalog.data.gov/dataset/state-energy-data-system-seds-complete-dataset-through-
2009#sec-dates
2018年美赛C题赛题翻译
2018 MCM C题：生产能源
背景：能源生产和使用是任何经济的重要组成部分。在美国，能源政策的许多方面都分散下放到州的水平。此外，不同州的地理区域和工业影响能源的使用和生产。在1970年，12个在美国西方的州形成西部州际能源协议（WIEC），其任务重点是促进这些州之间的合作，促进发展和核能技术管理。州际契约是一种在两个或多个州之间的契约安排。在这些州就具体的政策问题达成一致意见，就某一特定的区域或州事项采取一套标准或相互合作。
问题：在美国与墨西哥的边境，有四个州—美国加利福尼亚州（CA），亚利桑那州（AZ），美国新墨西哥州（NM）和得克萨斯州（TX），这是希望到形成一个关注增加使用清洁、可再生能源的来源的实际的新能源契约。你的团队需要帮助这四个州的州长对这些数据进行分析和建模，然后通知他们制定一系列发展他们的州际能源契约的目标。
该附件数据文件“ProblemCData.xlsx”提供的第一个工作簿（“seseds ”）是50年中四个州的能源生产和消费数据的605个变量，伴随一些人口和经济信息。在这个数据集中，605个变量的名称被定义在第二工作簿（“msncodes”）中。
第一部分：
A. 使用所提供的数据，为这四个州分别创建一个能量概况。
B. 建立一个模型来描述从1960到2009年这四个州的能量是如何演化的。分析和解释模型的结果，以解决四个州使用清洁和可再生能源的问题，用州长们很容易理解的方式，帮助他们了解四个州之间的异同。你的讨论包括可能影响异同的的因素（例如地理，工业、人口和气候）。
C. 确定在2009年这四个州中哪一个州有“最佳”使用清洁和可再生能源的概况。解释你的标准和选择。
D. 基于这些州使用能源的历史演变，以及你对所建立的州概况之间差异的理解，如你所定义的那样，在每个州长办公室没有任何政策改变的情况下，分别预测2025和2050年每个州的能源概况，。
第二部分：
A. 基于你对这四个州的比较，用你的“最佳”概况的标准和你的预测，来确定2025和2050年的可再生能源使用的目标，并将它们作为新的四州能量契约的目标。
B. 确定并讨论四个州可能采取的至少三项行动，以实现他们能源紧缩契约目标。
第三部分：
准备一份一页总结2009年州概况的备忘录给州长们，包括在没有任何政策改变时你对能源使用的预测，以及你建议的能源契约采纳的目标。
您的提交应包括：
l 一页表，
l 一页备忘录，
l 你的解答不超过20页，最多为22页包括你的总结和备忘录。
l 注：参考目录和任何附件，不计入22页的限制，应该你完成的解答后出现。
2018年美赛C题优秀论文解读
2018年美国大学生数学建模竞赛有4748支队伍选择了C题，其中有4支队伍获得了特等奖。他们分别是73767、78577、80560、82150，我们对这4篇特等奖论文进行了简单的分析，结果如下：
(1) 73767队伍预了处理提供的数据，运用去耦理论来描述经济发展与能源利用之间的动态关系，此反映了能源概况的演变。他们联立方程构建模型分析了各州的优势。然后，他们建立一个多维评估系统，以识别整体上具有“最佳”能量分布的状态。最后，他们构建BP神经网络来预测能量分布。
(2) 78577队伍预处理了数据，包括缺失值的处理和数据的规范化。在缺失值处理的过程中，通过三次样条插值处理缺少少量数据的指标。基于处理得到的指标，他们提出了MAUA模型来计算总体得分，使用了PCA来整合三个指标的不同方面，然后我们使用组合加权方法（AHP和PCA）来加权这三个指标。之后使用ARIMA模型来预测每个州的指标。最后通过建立的模型来预测比例。
(3) 80560队伍对数据进行处理，使用协整和多维尺度（MDS）基于属性的独立性和代表性来选择和合并不同的变量。接着构建了一个EROI评估系统，这是对投资回报率（ROI）的改进。最初采用线性模型对数据进行回归，但结果表明其精度有限，无法适应短期波动或长期趋势。因此，他们采用动态的新凯恩斯主义IS-LM模型，并在模型中包含前瞻性预期，这样可以更准确地预测未来的能源消耗和结构。最后，添加灵敏度分析以测试和验证他们的模型。令人满意的结果使他们能够将模型置于实际情况中并解决实际问题。
(4) 82150队伍首先从四个方面探索能源概况 - 总能源产量，总能耗，能源价格和能源结构。开发EM-TOPSISPROMETHEE评估模型，并用矢量自回归模型用于预测每个州的能量分布。第二部分结合博弈论，通过遗传算法得到四种状态的最优能量分配。最后，对于州长们，他们准备了一份备忘录来介绍各州的能量状况。
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