作者:任芳言 来源:中国科学报 发布时间:2020/11/21 13:58:51
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在充满不确定性的世界里准确突破
——记成思危优秀科研成果奖得主王曙明

 

王曙明早上出门坐校车时,会主动选离家远一点的那个车站。

在中国科学院大学(下称国科大)经济与管理学院任教,王曙明每周都会去国科大雁栖湖校区上课。这一点绕远,是王曙明上课从不迟到的诀窍。

“虽然中关村站离我家更近,但玉泉路是首发站,更准时。”——王曙明的研究方向之一是随机鲁棒优化,在运筹学领域,这意味着找出最不可靠的因素、给出优化策略,对王曙明而言,这意味着他有相较于常人更严谨、更不易受外界影响的规划方式,“我是我自己的模型”。

这也是他在充满未知的世界中取得突破的方式:找到不确定性,描述它。

成思危优秀科研奖得主王曙明

运筹学的迷人之处

当客人走进一家超市,他更倾向于往左走还是往右走?他会更留意货架上的哪些商品?货架上的商品要如何摆放?不同商品的上架周期如何决定?

若想基于用户行为进行决策,不仅要收集足够丰富的用户数据,更需要建立准确的模型并辅以足够强的运算能力。当新情况出现时,模型还要尽可能适应变化、快速迭代……这些都是管理科学或运筹学研究者关注的问题。

在王曙明看来,管理科学和运筹学之间并没有严格的界限,研究者可涉足的问题多种多样。“运筹学是一个方法论的学科”“大部分管理科学的问题都需要数据模型”“这个领域需要用到的数学工具比较多”,在具体研究中,王曙明会用数学优化、应用数学、概率论、机器学习等工具解决管理、运营、商务等领域出现的各种问题。

“现在的管理科学和运筹学,跟计算机科学、机器学习等联系得非常紧”,交叉融合中,研究者必须不断学习。对王曙明而言,这也恰恰是运筹学的迷人之处——提出创新性的设想,将前沿成果运用到实际问题的解决中。

王曙明在课堂上

将无解转为有解

2013年,在新加坡国立大学从事项目研究时,一家已经倒闭的垃圾再生能源企业引起了王曙明与合作者的注意。这家企业有先进的再生技术,一度是新加坡最大的垃圾能源再生企业,曾获新加坡国家能源综合实力奖,但却无法准确预估垃圾的产量和组成,最终因决策失误而倒闭。

“对于再生能源系统,即使本身技术非常先进,没有智慧的运营决策,同样面临着系统崩溃风险!”为此,王曙明与合作者联手,为再生能源系统决策设计出全新的优化指标,并针对系统操作环境研发出多目标鲁棒性分析框架。

研究结果显示,新系统能有效应对高度不确定的外部变量带来的冲击。最终,文章于2018年8月发表在国际顶级商科期刊《生产和运营管理》(Production and Operations Management,POM)上,并被审稿人评价为“对本领域的理论研究和实践作出了重要贡献”。

“鲁棒优化的目标之一是系统遇到最坏的情况时也可以运转。”王曙明团队的研究生毛宇晨告诉《中国科学报》,这项研究的难点在于垃圾体量、组成成分和类别等一系列变量都充满未知,而在此情况下,研究者还要将这一无解的、变量多样复杂的问题用公式描述,并将之拓展、推导成可解的东西。

除此之外,从决策分析理论角度,王曙明等人还证明了与概率测度相比,新提出的鲁棒性指标是更优良的一致性满意度算子,这也从数学基础层面为新的分析框架提供了保证。

踩阶梯,连接理论与现实

2019年,在国科大教育基金会举办的成思危基金优秀科研成果奖颁奖典礼上,王曙明用“厚重”形容国科大,他说:“这里代表着中国科学的最高水平,我们必须不断努力、不断学习、不断更新自己的知识结构,以适应并引领时代科技变革,才能不辱使命。”身为成思危优秀科研成果奖得主的他,也呼吁通过国科大教育基金会平台聚集更多有创造力的学者,以期在各个领域形成较大较多的突破。

在国科大,王曙明将这种更新融入了自己与学生的日常。每周的课题组讨论会上,王曙明会引导学生读最前沿的研究文献,并尝试对这些理论做进一步延伸和发展,与现实生活中的问题相结合,让前沿理论有更强的普适性。而这些工作离不开扎实的专业基础。

正在与学生讨论的王曙明

国科大博一学生胡杰告诉《中国科学报》,刚一入学,王曙明就会给学生推荐必读书目,内容涉及线性规划、凸优化算法等,并且每周都会花至少3小时和学生讨论书中的内容。“第一眼的感觉不一定是对的”,王曙明表示,只有这些基础扎实了,看问题的本质才更深、更准确。面对复杂抽象的模型,不仅对模型本身要有深刻见解,还需要在很多领域成为专家,因此,他也很注重课题组学生的基本功训练。

除了带学生读书、要求学生在专业课上拿高分,王曙明还会提醒他们注意养成国际化的科研习惯。“一个阶梯一个阶梯的基础打好了以后,我们才能换一个角度去思考。”胡杰说。

在2020年被《美国运筹和管理学协会期刊》(INFORMS Journal on Computing)接收的研究中,王曙明与来自清华大学的合作者就换了一个思考角度,创新性地把概率鲁棒框架用于可靠性问题研究。通过鲁棒模型优化,一些原本非线性或非凸性的优化问题可以转化为线性的、可高效运算的问题。

在王曙明看来,鲁棒优化的方法有很多,但还需要更多人将这些方法巧妙地运用到实际中。“有了基础、学科交叉,你的一点点想象力可以带来很有意思的突破,这是传统方法无法达到的。”

对他和他的团队而言,学术前沿和落地应用的研究才刚刚开始。

 

延伸阅读

成思危基金

成思危先生(1935.6—2015.7.12)是中国虚拟经济理论及应用的主要开拓者,他构建了虚拟经济的基本理论和方法体系,创立了虚拟经济学科,并有效地推动了虚拟商务学科的创建和发展。他积极研究和推动风险投资、创业板在中国的发展,通过推动立法,为创业、创新提供了法律保障, 被誉为“中国风险投资之父”和“创业板之父”。他还开创性地运用复杂性科学的方法研究中国的改革与发展问题,在中国经济管理学界产生了深远影响。

2015 年,成思危先生家属承成先生遗愿向国科大基金会捐资110万元,一是设立“ 成思危基金” 奖励经济与管理学院在经济、金融、管理学科做出突出贡献的教师和学生;二是接收社会捐赠设立“ 成思危科研基金” 用于虚拟经济、风险投资研究室的建设。截至2019年,“成思危基金”累计获捐资2973.10万元。

 
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