数学建模D题 (NBA赛程分析).ppt
贵州师范大学,数学与应用数学,09数本2班,王朝勇、张旺、蒙玉超,2008年全国大学 生数学建模竞赛D题,2008年D题:NBA赛程的分析与评价 NBA是全世界篮球迷们最钟爱的赛事之一，姚易加盟以后更是让中国球迷宠爱有加。NBA共有30支球队，西部联盟、东部联盟各15支，大致按照地理位置，西部分西南、西北和太平洋3个区，东部分东南、中部和大西洋3个区，每区5支球队。对于20082009新赛季，常规赛阶段从2008年10月29日（北京时间）直到2009年4月16日，在这5个多月中共有1230场赛事，每支球队要进行82场比赛，附件1是30支球队20082009赛季常规赛的赛程表，附件2是分部、分区和排名情况（排名是20072008赛季常规赛的结果）见http:/。对于NBA这样庞大的赛事，编制一个完整的、对各球队尽可能公平的赛程是一件非常复杂的事情，赛程的安排对球队实力的发挥和战绩有一定的影响，从报刊上经常看到球员、教练和媒体对赛程的抱怨或评论。这个题目主要是要求用数学建模方法对已有的赛程进行定量的分析与评价,1 为了分析赛程对某一支球队的利弊，你认为有哪些要考 虑的因素，根据这些因素将赛程转换为便于进行数学处理的数字格式，并给出评价赛程利弊的数量指标。2）按照1）的结果计算、分析赛程对姚明加盟的火箭队的利弊，并找出赛程对30支球队最有利和最不利的球队。3）分析赛程可以发现，每支球队与同区的每一球队赛4场（主客各2场），与不同部的每一球队赛2场（主客各1场），与同部不同区的每一球队有赛4场和赛3场（2主1客或2客1主）两种情况，每支球队的主客场数量相同且同部3个区的球队间保持均衡。试根据赛程找出与同部不同区球队比赛中，选取赛3场的球队的方法。这种方法如何实现，对该方法给予评价，也可以给出你认为合适的方法。,问题分析:,题目要求分析赛程安排对球队的影响，并利用各因素建立最优的比赛分配方案。而在分配队伍赛程是需要考虑到:如何确定各个因素对每个球队的权重;在知道个因素的权重后，怎样建立目标函数值使每个球队间保持均衡；比较原赛程的安排，如何建立最合适，最均衡的方法。对于问题1，在分析选取各个球队不利因素的情况下，首先把所选因素根据实际情况进行量化，并将量化的结果实行权重分配，然后分别加权求和，以此可以得到赛程对每支球队的弊端指数，也就是量化后的数量指标。在问题1的基础，考虑到弊端指数对每个球队的影响下，以量化后得出的数量指标进行每个球队的排名，即可以得出哪只球队在此因素的影响下最有利，而对于哪只球队最不利。同样的，对于姚明加盟的火箭队的利弊，是怎样的一个情况。对于问题3，在东、西部相对独立下，每个球队要与同部不同区的每一只球队进行比赛，而每个球队总的主客场相同且同部3个区的球队间保持均衡。为了使各队在比赛安排上相对的公平，我们可以把每个球队与自己比赛3场的对手划分为一个单位，解出每个单位在各数量指标影响下的实力值，最终以确定目标函数（综合实力差值），来实现最合适的方法.,模型假设：,1、不考虑球队人员的变动及伤病因素，即各队实力保持不变2、用20072008赛季NBA常规赛各球队战况确定各球队实力具有有一定 的准确性、可信性3、每个球队对手实力越接近自己实力，则说明赛程安排越公平合理4、假设赛程是在一些公平的约束下产生的，不存在人为偏袒因素。,模型的建立与求解：,由赛程的安排可知，每个球队的主客场次总体是相同的，但有时因为各队主客场的不一致，而导致某些球队在客场或是主场连续比赛，在分析各队弊端的同时，我们引入了连续客场因素的概念（即连续打两次客场）。至于不管在主场还是客场的比赛下，只要连续比赛两天的，对于球队必定是一种影响，所以也应考虑背靠背因素（即指连续比赛两天）。加上考虑每个球队的排名可以清楚地知道各球队的不同实力。而在一场比赛时，自己的输赢往往也与对手的实力有关，最终，对手的平均实力因素也是至关重要（即82场比赛中对手的平均实力值）。把三个因素进行一定的量化处理后分别得到每个球队遇到的对手球队平均实力因素为、每个球队连续客场因素 和球队背靠背比赛因素值。为了使每个球队的各因素在同一层次做统一的比较，对各因素的数值进行规范化处理，设规范化处理后的各因素的值分别为、，由于衡量球队利弊的三个因素，影响利弊的权重不尽相同，在这里我们设定赛程中球队相遇对手的平均实力因素、连续客场因素和背靠背比赛因素的权重，分别为、,取三个因素量化处理后的值，分别加权后求和，则得到赛程弊端指数（1）赛程弊端指数越大说明赛程安排对球队越不利，反之赛程对球队越有利。,球队实力排名,为了得到每个球队实力之间量化排名，根据20072008赛季NBA常规赛各球队的成绩按以下两个原则排名：一、排名先后以球队胜率大小确定，胜率越大排名越靠前；二、当球队间胜率相同时，球队的分差值大的排名相对靠前；并根据排名情况给予30到1的打分作为这个球队的实力因素值得到实力排名（见如下表）,、,赛程转换,将赛程转换成便于数学处理的数字格式，就是在赛程表格上能够得到各个自己想要得到的因素，得到的各因素都是经过量化的，可以直接用数学进行计算。下表和表是魔术队一部分赛程安排表。表就是表的数学格式转化。,量化处理,对上个赛季的nba赛事做一个统计，首位如下图所示：,、,为了运算方便把连续3次以上的客场向连续2次客场转化，连续两次客场的比赛记为连续客场一次，连续客场一次的因素值都取常数1，即当 场连续客场转化得到 次连续客场一次，其连续客场值因素值为，把表2中各球队连续客场统数据进行处理，得出每个球队连续客场因素。（见下表）,同理对附件一中每个球队背靠背比赛次数进行统计，设定每次背靠背比赛的弊端值都为一相同不为零常数，为计算方便这里设定为1，则得到每个球队背靠背比赛因素的值。（见下表）,5 规范化处理,为了使每个球队相遇对手平均实力因素、连续客场因素 和背靠背比赛因素 在同一层次做统一的比较，首先分别用极差规范化方法作相应的规范化处理。,对手平均实力因素的规范化：,连续客场因素的规范化：,背靠背因素的规范：,把对手平均实力因素、连续客场因素 和背靠背因素 分别代人上诉 公式得到规范化的对手平均实力因素、连续客场因素、背靠背因素 数值结果（见下表7）,、,、,各因素权重的确定,通过引入每两个因素对弊端指数影响的程度大小的比值得到成对比较矩阵如右：,把表7中的每个球队相遇对手平均实力因素、连续客场因素 和背靠背比赛因素 代人（1）式进行求解得到弊端指数，用EXCEL对求出的赛程安排对每支球队的弊端指数 进行从小到大排序。,其中 A()=5即表示球队实力和连续客场因素对弊端指数的影响之比为5:1，A(2,3)=1即表示连续客场因素和背靠背比赛因素对弊端指数的影响之比为1:1。求出对比矩阵 的最大特征根为=3，对应的特征向量归一后为 即3种因素在弊端指数中所占的权重，得到,结果分析,根据表8中的数据可知，赛程的利弊对每个球队而言都是不同的，最主要的是看对自己不利因素的多少，也就是本题中所提到的弊端指数，评价赛程的利弊也就是看每个球队所对应的弊端指数的大小，弊端指数越大对球队越不利。,问题2,由问题1中求得结果，知当 时,把每个球队的各因素量化后的数据代人（1）式，得出每支球队弊端指数大小，弊端指数越大，则说明赛程安排对球队弊端相对较大，反之相对较小，在30支球队弊端指数相比之下，得出2008/2009年度NBA常规赛完全赛程安排，对灰熊队最不利，对活塞队最有利；赛程安排对对火箭队弊端指数为 0.557123989，排在第21位比平均值高赛程安排对火箭队较为不利。,问题3,模型建立与求解,总的赛程安排中，每支球队与同区的每一球队赛4场（主客各2场），与不同部的每一球队赛2场（主客各1场），与同部不同区的每一球队有赛4场和赛3场（2主1客或2客1主）两种情况，每支球队各打82场比赛，每支球队的主客场数量相同且同部3个区的球队间保持均衡。,对已经排列好的同部不同区的赛3场的赛程进行研究，不难发现有以下规律：每个分区内的球队选择另外两个分区中的四个队，而且是每个分区各两队；每个分区内的球队在和选中的4个另外分区中的四个队个进行3场比赛，且最终每个分区球队主客场次数相同；分析判断知NBA赛程安排是在保证以上规律的前提下，由电脑随机抽签产生，这种随机产生比赛赛程的方法，随机性太大，有可能使实力很强的队碰上实力很弱的队那样显得不是很公平。,在比赛中实力相差很大的球队间，根本就没有可打性，在同样一水平线上的球队才有可赛性，所以赛程安排中实力相差比较大的球队间安排的赛场相对少才比较公平合理,所以赛三场的球队间的实力差值越大，越具有公平合理性。记 分别为相对应球队的代号；记球队 与球队 实力差值为，即有,引入01变量，若球队 与球队 进行比赛，记，否则记，根据同部中每个球队，应该满足的几个约束条件：每个分区内的球队选择另外两个分区中的四个队，为保证球队均衡应在每个区中各选择两个队。每个球队对一个分区只能选择两个球队。,当球队 选择球队 时 表示他们的实力差值，否则，于是总的实力差值可以表示为，着也就是该问题的目标函数。综上所述，这个问题的01规划模型可写作,条件为：,且,将上表中的数据代人这一模型，并输入LINDO进行求解,（求解过程见附录1）得到东部联盟三区15支球队赛三场的情况下，总的实力差值 的选取方案,同理求出西部联盟三区15支球队赛三场的情况下，输入LINDO进行求解（求解过程和附录1相似）总的实力差值 的选取方案。,结果分析把模型中求出的东部联盟球队赛三场的选取方案分别与2008/2009年度NBA常规赛中东西部赛三场赛程选取相比较，可以明显的看到有好多都不相同，把2008/2009年度NBA常规赛东西部赛三场赛程各球队间总的实力差值分别求出为,从模型中求得的最大实力差值与已经安排的赛程的总实力差值相比较发现模型中的总实力差值大，因此单从实力这方面来考虑赛三场的话，本文的模型所求得的赛程安排更合理。,
