運籌學科普-運籌學有哪些實際應用


摘自公眾號【運籌OR帷幄】(致大學生、初學者的第一趟運籌學科科普課程)

1、什么是運籌學

運籌學是20世紀3/40年代,因為二戰而發展起來的一門新興交叉學科,主要研究人類對於各種資源的運用及籌划,即:在滿足一定的約束條件下,以發揮有限資源的最大效益,達到總體的最優目標,所謂運籌帷幄。

最初由錢學森老先生引入中國,直到1980年中國運籌協會誕生。例如導航軟件,從一個地方到另一個地方的最短路徑,就是一個典型的運籌學問題,該問題的目標是找到起始點到終點總駕駛路程最短的路徑,或者駕駛時間最短的路徑,約束條件是單行路段,每個路段的限速等等,這些都可以通過運籌學的相關知識,嚴格的寫成數學表達式,然后通過設計算法或調用求解器加以求解。

2、運籌學的相關理論或方法類課程

運籌學的相關理論或方法類課程包括:線性規划,非線性規划,整數規划和凸優化,非凸優化,魯棒優化等等以優化或規划為結尾的課程。

3、運籌學的實際應用

運籌學被廣泛應用在各行各業,例如應用在物流、通信領域的網絡流問題和最大流最小割、Ford Fullerson算法。隨着學術研究的積淀,也產生了很多經典的運籌學問題,例如物流快遞領域的旅行商問題,相親交友、求職、網約車等市場的雙邊匹配問題,制造業的車間調度問題,交通領域的時刻表排版問題,能源領域的電力系統調度問題,金融領域的資產最優配置問題,近年來人工智能數據科學大火。

其實這些專業也會開設許多優化相關的課程,例如深度學習卷積神經網絡的訓練過程,其實就是在求解一個極度非凸的無約束優化問題。簡單地說,凡是有“最”字,例如利潤最大化、成本最小化,基本就和運籌學優化理論息息相關。

4、運籌學相關專業

運籌學由於分支龐大、應用廣泛,其相關專業分散在理科工科和商科,因此這三大類的學生在專業分流時都有可能選擇到和運籌學相關的專業學科。正統的講,運籌學在國內屬於理學數學下的二級學科——運籌學與控制論。常見的設置運籌學相關課程或研究方向的院系如下:

數學系運籌學方向,它主要研究運籌優化相關的方法和理論,方向有:非線性規划、整數規划、魯棒優化、隨機規划等等;

一級學科管理科學與工程下面的管理科學和工業工程這兩個二級學科,它們借助數學模型和計算機技術研究商業運作、工業生產中的操作方法和管理決策問題;

一級學科交通運輸工程下的交通運輸規划與管理,研究交通運輸系統的規划設計和決策管理的理論與方法;

一級學科工商管理下的物流管理——物流工程,研究物流系統的資源配置,物流運作過程的控制、經營和管理;

二級學科計算機應用技術中的理論計算機及其他算法方向,研究解決NP難問題的算法設計,如近似算法、遺傳算法、智能算法等;

另外,電子工程、通信、化工、機械工程、自動化等專業往往也會開設凸優化、數值優化等課程,這些也與運籌學息息相關。

5、運籌學的應用和就業

運籌學有着廣泛的應用,因此就業也遍布各行各業。例如你研究過路徑規划問題,那么畢業后可以加入地圖公司擔任算法工程師;軌跡規划問題,可以加入無人駕駛決策規划團隊;需求預測、旅行商問題,可以加入物流、快遞或者電商公司;雙邊匹配問題,可以加入相親交友、求職、網約車等公司;車間調度問題,可以加入傳統的制造行業或者新興的智能制造、數據或軟件公司;時刻表排班問題、航班車次調度問題,可以加入鐵路、公交或者航空公司;電力系統調度問題,可以加入電力等能源公司;資產最優配置問題,可以加入金錢或風控公司;網頁排名問題,可以加入搜索類的互聯網巨頭;設施布局問題可以加入半導體公司;如果你研究過資源調度問題,那么可以加入當前非常火的雲計算公司;以上只是一個不完全的list。

此外,運籌學所研究的優化理論,作為數值求解各類優化問題的底層算法,應用更為廣泛,特別是交叉學科,例如統計模型,最后大部分都可以歸結為求解一個優化問題,如最大似然估計、機器學習模型,最火可以歸結為優化一個代價函數。

 

近幾年隨着人工智能、大數據、物聯網的“東風”和數字化這一“新基建”,運籌學得以有了用武之地。近年來,受到學術界和產業界越來越多的重視,迎來了最好的發展時期,工業界也急需運籌學的中高端人才,如博士畢業或碩士畢業有三年業界經歷,待遇不輸人工智能,年薪百萬不是夢想!

 


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