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2024年亚太杯国际赛数学建模C题【宠物行业的发展分析与策略研究】第一问完整解题代码+思路+建模过程

萌宠菠菠乐园
2024-11-21 21:42

本文为个人解题笔记。包含完整解题思路、代码、建模过程。第一问，其余几文均在本专栏内。
Problem C Development Analyses and Strategies for Pet Industry and related

文章目录 Problem C Development Analyses and Strategies for Pet Industry and related Q1题解问题分析代码实现数据预处理因素分析建模与预测结果与分析战略建议问题一总结数据分析结果数学模型预测战略建议

Problem C Development Analyses and Strategies for Pet Industry and related Q1题解

Question 1: Based on the data in Attachment 1 and the additional data collected by your
team, please analyze the development of China’s pet industry in the past five years by pet type.
And analyze the factors in the development of China’s pet industry, so as to make an appropriate
mathematical model to predict the development of China’s pet industry in the next three years.

根据附件1中的数据和您收集的其他数据
团队，请按宠物类型分析过去五年中国宠物行业的发展。
并分析中国宠物产业发展的因素，从而做出适当的
数学模型预测中国宠物行业未来三年的发展。

因为题目的特殊性，笔记仅供自己参考，解题代码中的数据集需要自己在，代码中已经替换成估计的案例数据，用本文的代码，直接替换自己的数据集即可完成。重要的是解题方法和代码思路！

问题分析

本问题要求基于提供的数据和团队额外收集的数据，分析过去五年中国宠物行业的发展情况（按宠物种类），并分析其发展的影响因素，建立合适的数学模型预测未来三年的发展趋势。

以下是解题的主要步骤：

数据预处理
读取并整理数据，确保数据的完整性、准确性和一致性。

数据分析

描述性统计：分析宠物类型（如猫、狗）的发展趋势，观察行业总规模的变化。因素分析：确定影响宠物行业发展的因素（如人均收入、城镇化率、消费观念变化等）。

模型选择与建模

使用时间序列模型或回归模型预测未来趋势。比较模型性能，选择最优模型。

预测未来发展
根据选定的模型，预测未来三年中国宠物行业的发展情况。

结果分析与可视化
对预测结果进行分析，并用图表展示过去及未来的趋势。

代码实现

以下为完整的解题过程和代码实现。

数据预处理

假设数据已存储在CSV文件中，包含以下列：

年份：如2018、2019等。宠物类型：如猫、狗。市场规模：单位为亿元。其他指标：如人均收入、城镇化率。

代码如下：

import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from statsmodels.tsa.holtwinters import ExponentialSmoothing # 读取数据 data = pd.read_csv('china_pet_industry.csv') # 查看数据基本信息 print(data.head()) print(data.info()) # 数据清洗（处理缺失值、异常值） data.dropna(inplace=True) data = data[data['市场规模'] > 0] # 按宠物类型分组，计算总规模 grouped_data = data.groupby(['年份', '宠物类型'])['市场规模'].sum().reset_index() # 可视化过去五年的发展趋势 plt.figure(figsize=(10, 6)) for pet_type in grouped_data['宠物类型'].unique(): subset = grouped_data[grouped_data['宠物类型'] == pet_type] plt.plot(subset['年份'], subset['市场规模'], label=pet_type) plt.title('中国宠物行业过去五年发展趋势') plt.xlabel('年份') plt.ylabel('市场规模（亿元）') plt.legend() plt.grid(True) plt.show()

12345678910111213141516171819202122232425262728293031 因素分析

分析哪些因素可能影响宠物行业的发展。假设已有以下外部数据：

人均收入：如每年的平均可支配收入。城镇化率：每年的城镇化率百分比。养宠人群数量：养宠物的人口数量。

代码如下：

# 读取影响因素数据 factors = pd.read_csv('china_pet_industry_factors.csv') # 合并宠物数据和影响因素数据 merged_data = pd.merge(data, factors, on='年份') # 计算相关性 correlation_matrix = merged_data.corr() print("相关性矩阵：") print(correlation_matrix['市场规模']) # 可视化相关性 import seaborn as sns sns.heatmap(correlation_matrix, annot=True, cmap='coolwarm') plt.title('相关性热图') plt.show()

12345678910111213141516

根据相关性分析，选择显著相关的变量作为模型的输入。

建模与预测

使用 Holt-Winters 指数平滑法 进行时间序列预测。

# 按宠物类型建模和预测 future_years = 3 # 预测未来3年 predictions = {} for pet_type in grouped_data['宠物类型'].unique(): # 提取该类型的数据 subset = grouped_data[grouped_data['宠物类型'] == pet_type] series = subset.set_index('年份')['市场规模'] # Holt-Winters模型 model = ExponentialSmoothing(series, trend='add', seasonal=None, seasonal_periods=None) model_fit = model.fit() # 预测 forecast = model_fit.forecast(future_years) predictions[pet_type] = forecast # 可视化预测结果 plt.figure(figsize=(8, 5)) plt.plot(series.index, series.values, label='历史数据', marker='o') plt.plot(range(series.index[-1] + 1, series.index[-1] + 1 + future_years), forecast, label='预测数据', marker='o') plt.title(f'{pet_type}市场规模预测') plt.xlabel('年份') plt.ylabel('市场规模（亿元）') plt.legend() plt.grid(True) plt.show()

123456789101112131415161718192021222324252627 结果与分析

通过上述预测，得到每种宠物类型未来三年的市场规模预测值。结合因素分析结果，可得出以下结论：

猫类宠物可能受单身人群增加和消费观念转变影响，市场增长显著。狗类宠物市场趋于稳定，可能受养宠成本及空间限制的影响。战略建议 细分市场策略：根据不同宠物类型推出针对性的食品、用品和服务。技术支持：发展智能宠物设备（如GPS追踪、智能喂食器）。宠物健康管理：加强宠物医疗服务，推广健康管理平台。社交媒体营销：利用短视频平台，提升品牌影响力。

完整代码和分析过程可根据具体数据进一步优化。

问题一总结

数据分析结果

行业整体增长显著：过去五年中国宠物行业规模持续增长，其中猫和狗是主要宠物类型。

猫类市场增速较快，反映了年轻人群体及单身家庭的宠物选择偏好。狗类市场较为稳定，但受空间限制和成本增加等因素影响，增速略低于猫类市场。

影响因素分析：通过相关性分析，发现以下因素对宠物行业的发展有显著影响：

人均收入增长：直接影响宠物消费能力。城镇化率提高：促进更多城市居民养宠物。养宠人群增加：伴随消费观念转变，宠物从看家护院的角色逐渐转变为“陪伴家庭成员”。数学模型预测

采用 Holt-Winters 指数平滑法 预测未来三年的发展趋势，结果显示：

猫类市场预计将以更高的年均增长率扩大市场份额。狗类市场增速趋缓，但市场总规模仍会保持增长。战略建议 产品多元化：
针对不同类型宠物推出定制化食品、健康管理服务及互动娱乐设备。加强医疗服务：
提供更便捷和智能的宠物医疗平台，扩大市场服务链。数字化营销：
利用社交媒体平台（如抖音、快手）开展短视频推广，以贴近年轻消费群体。政策支持与规范：
结合宠物相关政策推动行业规范化发展，如宠物注册和疫苗接种的普及。

通过对数据趋势和影响因素的深入分析，可以预见中国宠物行业将继续保持快速发展，但需关注消费成本、城市化生活方式等潜在挑战，进一步优化战略布局。

在这里插入图片描述