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如何评价2024阿里巴巴数学竞赛预选赛试题?

星语数学
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这次是我第四次参加阿里巴巴数学竞赛,其中第4、5届都进了决赛,但预计得分估计只有五六十分.再结合阿里巴巴搞了个抽奖活动,参赛的人估计是变多了,不知道这个分数今年能不能进决赛.

分析一下我的解答过程

问题1

选6个,对于凸四边形 XYEF(其中 X,Y\in\{A,B,C,D\}),直线 XE,YF 的交点记为 S,直线 XF,YE 的交点记为 P,则 S,P 有且只有一个点在凸四边形外,不妨设在外面的点为 P,则站在 PE,FX,Y 挡住.再根据从\{A,B,C,D\}中取2个有 \binom{4}{2}=6 种方法,所以最多有6名不同的同学.

问题2

写程序,我发现我在做这题的时候犯了个致命的错误,下面循环中i+1我写成i了,考试结束后才发现TAT,白给5分.

import numpy as np

def simulate(n): #模拟一次n
    pt = 2.0 #初始有2.0分

    for i in range(n): # 第i次击落战机
        t = np.random.exponential(1) #随机经过的时间
        pt -= t
        if(pt < 0): #时间用完
            pt = 0
            break 
        
        p = np.random.random(1) #生成概率
        if(p < np.power(0.85,i+1)):  
            # 致命错误,我在作答的时候把这里的 i+1 写成了 i !!!!
            # 啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊!!!!!
            pt += 1.5 #击落战机
        else: #没能击落
            break
        
    return pt #最终获得的分数
    
for n in [1,2,3,4]: #在第n局结束游戏
    count_pt = 0
    sim_times = 50000 # 模拟次数
    for num in range(sim_times):
        count_pt += simulate(n) 
    count_pt = count_pt / sim_times
    print('n={:},平均得分={:}'.format(n,count_pt))

输出结果:

n=1,平均得分=2.238079849315912
n=2,平均得分=2.3049842427685636
n=3,平均得分=2.2697263344048046
n=4,平均得分=2.174095382688997

所以应该是选B?

第二个也是写程序,最优值是在2.07左右,所以选A.有一个疑问,本小题“小明也会选择一个最优的时间主动结束游戏”是不是跟题干的“中途不能主动退出”矛盾?

问题3

第一小问可以直接把A^2算出来,然后就可以知道A^n的表达式,然后验证T-稠密的定义,最终可以显式写出常数C.我这里的常数CA有关.

第二小问的思路又想错了,做了几小时无用功,白给10分.

问题4

第一问提示了f的特征值是-d,-d+1,\cdots,d,把它的矩阵形式记为A.对于每个特征值\lambda\in\{-d,\cdots,d\},可以求出线性方程组

Au=\lambda u \\

的一个解.为了猜测u的一般形式,可以先对比较小的d求出特征向量的表达式,然后再猜测一般的d情形每个特征值的特征向量,然后去验证上述线性方程组确实满足即可.中间会用到对d的数学归纳法.

后面两问没时间想了.

问题5

不会,空白.后面听说跟“John椭球定理”有关.

问题6

第6题就是一个多项式定理.第一问用二项式定理写出两个式子,相减就能把奇数项抵消,从而得到答案.第二问就是把二项式推广到五项式,这题是比较简单的一题.唯一有把握的一题,把答案贴一下吧:

问题7

花的时间比较长的一题,第一小问首先根据题目条件,小红和小绿一定是在树下相遇的,有可能是小红在树下等待小绿相遇,也有可能小绿在树下等待小红相遇,中间有个临界情况就是这题第一问所说的“唯一的例外”.根据题目条件,只需考虑第k次小绿和小红分别到达树下时它们之间的距离,我这里设为了d_k,然后导出了递推关系式.接下来因为Kf的表达式都给出来了,所以只需分析迭代数列的收敛性,变成了一个优化问题.把凸优化那一套搬到这里来就行了.

第二小问我不太确定我有没有做对,我讨论了是小绿等待小红相遇还是小红等待小绿相遇,在相遇的时候他这里的d_k分别接近0和1,于是在第一问导出的k满足的不等式,将μ和M分别换成在0处和在1处的各阶导数值,最终得到的数量级是O(1/b\varepsilon),但是我个人感觉可能真正答案是比这个小一点的,也就是不用绕那么多圈就能相遇,但是我没时间想了.

预计得分

预计得分50~60分,不知道50分能不能进决赛?

这次比赛题目都是比较有意思的,值得花时间探索,比如第5题我在做的时候就觉得应该是有组合或优化背景的,但是我并不了解,我的空间想象能力不太好,参加比赛的时间也有限,于是放弃.

而其它题目也并不简单,用常规的方法难以解决(尤其是第4题,硬算特征多项式很难算出来).第7题是一个很有意思的数学建模应用题,关键是理解好他题目想表达的意思,用数学语言刻画出来,然后再用数学工具去解决.如果时间充足,最后那个数量级应该是可以精确求出来的.

最后再评价一下AI参赛

这次阿里巴巴数学竞赛主打“参赛者不限碳基、硅基”,那我顺便谈谈这次AI参赛.

这次的阿里巴巴数学竞赛的题目很难,也很不常规,AI面对这样的题目估计会手足无措,很可能得到错误的结果.

就比如第5题,AI,或者说大语言模型能从这道题出发联想到John椭球定理吗?

再比如第7题,这道题的题干非常长,AI要想做出这题需要在一大堆文字中提取关键信息,也并不容易,而且证明的方向很多,能证出来的思路却不多.我做这道题大概花了四五个小时,首先很容易分析出下面的递推式:

d_{k+1}=d_k-K(1-d_k)+K(d_k-K(1-d_k)) \\

其中 d_1 是小绿在小红的前方的初始距离,d_k 是小绿第 k 次到达树下后小绿在小红的前方的距离.

我试了不少的思路才勉强想出来需要讨论函数

g(x)=(1-x)-(x-K(1-x)), \\

然后证明 g(x) 有唯一零点 d^*,再去讨论 d_1d^* 的大小关系,得到两种相遇的情形.而当 d_1=d^* 时就是题目所说的“唯一的例外”.

当然AI当然是具备优点的:通常来说AI的训练集具备了普通人所不知道的大部分知识,所以从某种程度上看,一个AI模型就是交叉学科的集大成者.外部学科的知识对本学科的研究往往能带来更多的灵感和启发.

但是,AI和人类都共用这套题,无疑是对AI的一个巨大挑战.AI应用于数学推理领域依然存在许多有待解决的问题,很多东西依然不是很成熟.这次比赛是首届有AI模型参与的比赛,再结合今年的比赛题目,其实并不看好AI能有一个比较满意的结果.所以这次还是更看好人类能战胜AI.

编辑于 2024-04-15 10:45・IP 属地江苏
Fiddie
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