从5G基站到航天回收,运筹学为复杂系统“算”出最优决策新路径

当前,我国5G基站总数已突破483万个,实现了从城市到乡村的广泛覆盖。

鲜为人知的是,这一宏大工程的背后,运用了一门古老而现代相结合的科学——运筹学。

正是这门学科的理论与方法,为数百万基站的科学选址提供了决策支撑。

运筹学是一门研究如何有效运用和筹划各类资源的交叉学科。

作为20世纪30年代发展而来的新兴学科,它的核心目标是为管理决策提供科学依据,帮助实现有效管理和现代化决策。

中国科学院数学与系统科学研究院副院长戴彧虹院士指出,运筹学虽然听起来陌生,但已深深融入现代生活的方方面面——从地铁时刻表编制、养殖饲料配比这样的日常应用,到5G基站布局、火箭精准着陆这样的战略工程,运筹学都发挥着不可或缺的作用。

运筹学的思想源远流长。

中华文明中,《孙子兵法》和田忌赛马等经典案例,已经体现了朴素的中国运筹思想。

从现代学科角度看,运筹学在第二次世界大战期间得到系统发展,当时数学和统计方法被有意识地引入,用于定量分析和优化作战资源配置。

近百年的演进中,运筹学已从单纯的战术工具发展为广泛适用的通用决策方法,从关注单次决策的局部最优,演进到关注复杂系统的长期运行和整体协调。

运筹学的本质是"优化",即在现实约束条件下实现目标的最优化。

戴彧虹强调,这门学科的核心思想是将复杂的现实问题转化为可计算的数学模型,借助科学方法求解。

以火箭着陆为例,系统需要在极短时间内不断计算最优飞行路线,但风速变化、大气参数偏差等因素往往导致无法精确到达目标点。

面对这种现实困境,戴彧虹团队提出了"最小约束违背优化"理论,当完全达成目标不可行时,系统会自动寻找"最不坏"的方案,既尽可能靠近目标着陆点,又最大化降低燃料消耗。

运筹学的应用是一个完整的闭环过程。

戴彧虹介绍了运筹学研究的五个关键步骤。

首先是精准定义问题,研究者需要深入实际一线,与工程师、管理者合作,将模糊的业务痛点转化为结构化的科学问题,明确优化目标、约束条件和不确定因素。

这一步至关重要,决定了后续所有工作的方向。

其次是数学建模,将现实问题用数学语言表述,搭建可计算的模型,这是运筹学的核心技能。

第三步是算法设计与求解,对于涉及百万级变量和约束的复杂问题,需要设计高效算法,当前越来越多地融合人工智能技术来优化算法效能。

第四步是验证与评估,需要用历史数据进行"回放"测试,检验理论方案在实践中的实际效果。

第五步是反馈与改进,若发现偏差则需循环优化。

这种问题驱动、方法闭环、学科交叉的研究模式,使运筹学能够真正服务于国家经济建设。

在物流优化、制造业提质、能源调度、城市规划等领域,运筹学都展现出了显著的经济效益。

随着大数据、云计算和人工智能等新技术的发展,运筹学获得了新的发展机遇,能够处理更加复杂的多目标、多约束、高维度问题,为国家战略决策和经济管理提供更加精准的支撑。

从古代兵法智慧到现代科学决策,运筹学的发展历程折射出人类对最优解的永恒追求。

在建设现代化强国的新征程上,这门"既古老又年轻"的学科将继续以系统思维破解发展难题,用科学方法优化治理效能,为高质量发展提供坚实的理论支撑和实践指南。