精益求精 以智能優(yōu)化技術(shù)助力時(shí)代發(fā)展
——記北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授辛斌

本刊記者 謝更好

精益求精 以智能優(yōu)化技術(shù)助力時(shí)代發(fā)展
——記北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授辛斌

本刊記者 謝更好

隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展和應(yīng)用,智能優(yōu)化技術(shù)也迅速發(fā)展,并被廣泛引入工程優(yōu)化領(lǐng)域來(lái)求解各類(lèi)復(fù)雜問(wèn)題。大量實(shí)踐表明,優(yōu)化處理方法對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高、資源的合理配置以及經(jīng)濟(jì)效益的提升均有顯著的效果。由于工程領(lǐng)域中的很多實(shí)際問(wèn)題都可以歸結(jié)為某個(gè)特定數(shù)學(xué)模型下的優(yōu)化問(wèn)題,因而高效的尋優(yōu)算法對(duì)于工程問(wèn)題的解決有著至關(guān)重要的影響。目前,智能優(yōu)化方法作為強(qiáng)有力的工具，已在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域、部門(mén)發(fā)揮著巨大作用,比如機(jī)械系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度、生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)排產(chǎn)、國(guó)土資源的優(yōu)化配置以及最優(yōu)開(kāi)發(fā)等。

參加學(xué)術(shù)會(huì)議

其中，群體智能作為引領(lǐng)現(xiàn)代科技潮流的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，正將國(guó)內(nèi)國(guó)際各個(gè)相關(guān)研究方向、行業(yè)領(lǐng)域的眼光逐漸吸引過(guò)來(lái)。國(guó)際上，1999年國(guó)際進(jìn)化計(jì)算大會(huì)召開(kāi)了蟻群算法專題會(huì)議。國(guó)際權(quán)威刊物Scientific American和Nature雜志分別在2000年3月和7月刊登論文介紹蟻群算法和群體智能。在國(guó)內(nèi)，2001年在北京召開(kāi)的第六屆全國(guó)人工智能聯(lián)合會(huì)議暨“863”計(jì)劃智能計(jì)算機(jī)主題學(xué)術(shù)會(huì)議，戴汝為院士作了題為“群體智能的研究進(jìn)展”的大會(huì)特邀報(bào)告。各大科技展，群體機(jī)器人列隊(duì)展演的報(bào)道已屢見(jiàn)不鮮。網(wǎng)路上，AI時(shí)代來(lái)臨一度傳開(kāi)，甚至預(yù)測(cè)出一批批流水線工人也將逐步被人工智能取代。所有這些都標(biāo)志著“群體智能”作為一個(gè)新的研究方向，正在多學(xué)科前沿交叉領(lǐng)域中生機(jī)勃勃地發(fā)展起來(lái)。

“群體智能是把具有一定智能水平的個(gè)體通過(guò)組織、協(xié)作的方式表現(xiàn)出群體智能行為，這也是智能優(yōu)化方向下的一個(gè)分支。而我的工作簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，更加側(cè)重于通過(guò)協(xié)調(diào)智能系統(tǒng)的整體布局以及單個(gè)平臺(tái)的控制調(diào)整，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)在決策、性能上的優(yōu)化?！北本├砉ご髮W(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授辛斌如是說(shuō)道。長(zhǎng)期以來(lái)，他將智能優(yōu)化理論方法與傳統(tǒng)方法結(jié)合，以期更好地運(yùn)用到多智能系統(tǒng)以及人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)多智能平臺(tái)系統(tǒng)的高效調(diào)度配合，提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)和方法。

協(xié)調(diào)優(yōu)化 軍民兼濟(jì)

響應(yīng)現(xiàn)代國(guó)防需求，科學(xué)技術(shù)將作為武器裝備發(fā)展基礎(chǔ)，不斷為高性能武器裝備的研制注入新思想和新動(dòng)力。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，多學(xué)科知識(shí)的高度集成促成了精確打擊武器、信息化武器、無(wú)人化武器等高精尖武器的誕生。與此同時(shí)，多個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的操作協(xié)調(diào)，復(fù)雜智能設(shè)備的靈活運(yùn)用等都蘊(yùn)含了大量極具挑戰(zhàn)的科學(xué)問(wèn)題。如何徹底實(shí)現(xiàn)各個(gè)平臺(tái)之間的信息無(wú)縫連接和橫向共享，解決不同類(lèi)型系統(tǒng)存在的群發(fā)性、單發(fā)性難題成為優(yōu)化工作的重中之重。

為此，辛斌深入研究現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)下，先進(jìn)化作戰(zhàn)系統(tǒng)指揮控制相關(guān)優(yōu)化問(wèn)題，提出一系列可靠、可行的優(yōu)化方法和決策支持，為新型作戰(zhàn)體系和作戰(zhàn)背景下衍生的各種復(fù)雜難題提供出求解方法及工具。2014年1月，在國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金與高等學(xué)校博士點(diǎn)學(xué)科專項(xiàng)科研基金助力下，他作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，先后承擔(dān)了“面向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的動(dòng)態(tài)火力分配問(wèn)題研究”“面向不確定條件下網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的火力指揮系統(tǒng)研究”課題項(xiàng)目。同年，身?yè)?dān)“973”專題負(fù)責(zé)人職責(zé)，他再次投入到“多智能體協(xié)同的分布式優(yōu)化控制與人為干預(yù)研究”課題研究當(dāng)中?？蒲兄?，他馬不停蹄，一路辛勤已撒下遍地芬芳。2007～2015年期間，他憑借聯(lián)合參與項(xiàng)目接連4次拿下國(guó)防科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。2014年，又以“分布式協(xié)同控制的智能優(yōu)化與穩(wěn)定性”研究，獲教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）一等獎(jiǎng)(本人排名第4)。

然而對(duì)他而言，相比榮譽(yù)，其背后蘊(yùn)含的意義是更為鼓舞的。在他的講述中，同行業(yè)者的肯定對(duì)于研究工作有著很大的積極意義?！把芯可婕暗姆懂牽赡懿⒉皇撬腥硕寄芾斫猓?dāng)把成果鋪展開(kāi)來(lái)，獎(jiǎng)項(xiàng)恰恰所表達(dá)的正是一種領(lǐng)域和同行業(yè)者的認(rèn)可?！痹谒磥?lái)，積極的價(jià)值肯定是對(duì)研究最直接的反饋，這會(huì)使青年科研工作者深受鼓勵(lì)，也會(huì)更加有利于長(zhǎng)久性研究工作的堅(jiān)持、堅(jiān)定?？蒲械牡缆分?，有了同行者，更有了同理人，

“智能優(yōu)化的應(yīng)用非常廣泛，甚至可以說(shuō)智能優(yōu)化是無(wú)處不在的?！毙帘笳f(shuō)。確實(shí)，智能優(yōu)化在國(guó)防安全領(lǐng)域有著不可替代的作用，在民用領(lǐng)域則更為廣泛地涉及產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境治理程序、救災(zāi)援助工作等多個(gè)方面。

以救援救災(zāi)為例，我國(guó)地域遼闊，地形地勢(shì)復(fù)雜多樣，依靠傳統(tǒng)人力和單一形式進(jìn)行救援很難解決任務(wù)中出現(xiàn)的多發(fā)性問(wèn)題。如地震、泥石流等災(zāi)害發(fā)生時(shí)，無(wú)人車(chē)系統(tǒng)雖可以替代傳統(tǒng)人力活動(dòng)進(jìn)行傳輸、搬運(yùn)等工作，卻因地形、地勢(shì)的制約，不能及時(shí)有效地反饋救援進(jìn)展、環(huán)境信息等動(dòng)態(tài)變化狀況?；诖它c(diǎn)，辛斌從多平臺(tái)系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化作為切入點(diǎn)，主持開(kāi)展了“面向多點(diǎn)動(dòng)態(tài)集結(jié)任務(wù)的空地?zé)o人化移動(dòng)平臺(tái)分布式協(xié)同規(guī)劃方法研究”項(xiàng)目。

針對(duì)空中與地面無(wú)人化移動(dòng)平臺(tái)（即無(wú)人機(jī)與無(wú)人車(chē)系統(tǒng)）的協(xié)同作業(yè)，項(xiàng)目旨在通過(guò)提供優(yōu)化技術(shù)方法支持，實(shí)現(xiàn)無(wú)人平臺(tái)解決森林救火、有毒氣體泄漏檢測(cè)與處理、核事故現(xiàn)場(chǎng)勘察與處理等復(fù)雜危險(xiǎn)任務(wù)的大范圍作業(yè)。他表示，在高度危險(xiǎn)、任務(wù)點(diǎn)分散、時(shí)間敏感、蘊(yùn)含多種不確定性、任務(wù)狀態(tài)動(dòng)態(tài)演化等多特征的事故現(xiàn)場(chǎng)，為了減少人員傷亡、提高任務(wù)執(zhí)行效率，采用無(wú)人化移動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行這類(lèi)任務(wù)是一種較為理想的解決方案。但在單個(gè)無(wú)人機(jī)和多個(gè)無(wú)人車(chē)的協(xié)同執(zhí)行任務(wù)工程中，無(wú)人機(jī)自主航路的規(guī)劃、無(wú)人車(chē)小組路線規(guī)劃、組內(nèi)任務(wù)分布等都將是需要進(jìn)一步地設(shè)計(jì)研究?jī)?yōu)化的。他此次的研究目的就是想以一種更加靈活的形式，賦予空/地?zé)o人移動(dòng)平臺(tái)大范圍自主協(xié)同作業(yè)的能力。通過(guò)建立起一套面向多點(diǎn)動(dòng)態(tài)集合任務(wù)的無(wú)人機(jī)/無(wú)人車(chē)異構(gòu)多智能體快速適應(yīng)性魯棒自主規(guī)劃方法，從而為今后協(xié)同執(zhí)行的此類(lèi)復(fù)雜任務(wù)提供理論和方法支持。

除此之外，優(yōu)化理論和方法的全面普適性，讓辛斌并不拘泥于眼前。在浙江兩化融合聯(lián)合基金的重點(diǎn)支持下，“大中型造紙廠廢水梯度資源化利用的智能優(yōu)化控制方法研究”項(xiàng)目的開(kāi)展如火如荼，他以合作方團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的身份帶隊(duì)參與，帶領(lǐng)北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)就地考察，切合實(shí)際地提出優(yōu)化方案，為系統(tǒng)智能優(yōu)化控制找尋合適的方式方法，同時(shí)為環(huán)境的治理工作貢獻(xiàn)一份力量。

輾轉(zhuǎn)前行路

如今在優(yōu)化領(lǐng)域做得風(fēng)生水起的辛斌，最終能夠與優(yōu)化結(jié)緣，其間經(jīng)歷了不少波折。2000年高考結(jié)束后，他以鰲頭之勢(shì)進(jìn)入北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，在這里踏上他的逐夢(mèng)之旅。時(shí)值北京理工大學(xué)開(kāi)展面向全校的拔尖式培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)班，辛斌毫無(wú)意外被編入內(nèi)。從計(jì)算機(jī)專業(yè)轉(zhuǎn)向電子工程系，課程重點(diǎn)和發(fā)展方向自然也發(fā)生了不小的變化。3年實(shí)驗(yàn)班生涯結(jié)束，辛斌又一次面臨了專業(yè)選擇的難題?？紤]到調(diào)整專業(yè)的局限性，以及近兩年接觸到的競(jìng)賽設(shè)計(jì)（數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、物理競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)等），辛斌決定做一番新的嘗試。他表示，正是在數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽過(guò)程中深刻感受到智能優(yōu)化方法的魅力，瞬間燃起了他投身智能優(yōu)化理論和方法研究的熱情。

航向已定，只待揚(yáng)帆。之后，專研理論方法、著手項(xiàng)目實(shí)踐，辛斌在軟、硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目管理方面都得到了較為全面的能力提升。在導(dǎo)師陳杰教授的參與下，他更是將智能優(yōu)化理論研究拓寬發(fā)展，以多智能平臺(tái)、人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作為應(yīng)用檢驗(yàn)形式。他表示，各方面的研究雖然起步偏晚，但從工作進(jìn)展和預(yù)期成果來(lái)看一切還算順利。2013年，其博士學(xué)位論文被評(píng)為“北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文”。次年，論文又獲評(píng)第一屆“中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文”。

不僅如此，在第31屆中國(guó)控制會(huì)議上，他與導(dǎo)師陳杰的論文“A n Estimation of Distribution Algorithm with Efficient Constructive repair/Improvement Operator for the Dynamic Weapon-Target Assignment”，更是在49篇來(lái)自世界各地的高質(zhì)量文章中脫穎而出，經(jīng)過(guò)多輪嚴(yán)格的專家評(píng)審和會(huì)議評(píng)審，一舉奪得第18屆“關(guān)肇直獎(jiǎng)”。此獎(jiǎng)系目前我國(guó)控制理論界最高水平的青年學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)，以其嚴(yán)格的評(píng)審、高水平的獲獎(jiǎng)?wù)撐募矮@獎(jiǎng)?wù)叱錾暮罄m(xù)工作而在控制界享有很高的聲譽(yù)。辛斌也因此成為該獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立18年以來(lái)的第23位獲獎(jiǎng)人（包括2位國(guó)際獲獎(jiǎng)人），北京理工大學(xué)建校以來(lái)的首位該獎(jiǎng)獲得者。

課題組合影

就如之前提到的，獎(jiǎng)項(xiàng)于辛斌并非多么執(zhí)重，他更看重的是科研的價(jià)值意義以及研究中蘊(yùn)藏的精神魅力。辛斌一再?gòu)?qiáng)調(diào)，在探尋未知的路途中，勇于挑戰(zhàn)和精益求精的態(tài)度是必不可少的。協(xié)調(diào)優(yōu)化不能以“萬(wàn)金油”簡(jiǎn)單定義，也絕不是一個(gè)單純的工具，它所存在的技術(shù)魅力是等待著科研人一步步去挖掘的?！皟?yōu)化本身是以高精尖的含義來(lái)確定的。如果問(wèn)題簡(jiǎn)單，就沒(méi)有必要再費(fèi)心盡力去做一些無(wú)用功。正如殺雞焉用牛刀，既然要做，就去做更具挑戰(zhàn)、更加前沿的東西?！毙帘笕缡钦劦?。

也正是抱著這樣的理念，辛斌嚴(yán)格要求自己，同時(shí)扛起為科研注入新鮮血液的大旗。在與辛斌的交談過(guò)程中，記者不止一次聽(tīng)到責(zé)任二字的重量?！皩W(xué)生從事研究的初衷可能各種各樣，但從老師的角度出發(fā)，把學(xué)生培育好就是唯一的目的?！倍嗄陙?lái)的教育經(jīng)驗(yàn)不會(huì)白費(fèi)，如今辛斌有著更加清醒、深刻的理解。他注重學(xué)生的前期培養(yǎng)，倡導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主實(shí)驗(yàn)，將師生關(guān)系推移到一個(gè)完全平行的交流平臺(tái)。即便深諳科研文章的發(fā)表對(duì)于整個(gè)教育脈絡(luò)的把控，他也不去提倡學(xué)生投文章、堆論文。在他看來(lái)，隨著研究水平層次的遞進(jìn)，文章自然會(huì)水到渠成。比起導(dǎo)師，他更愿意同學(xué)生成為合作伙伴，分享思想經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)發(fā)掘年輕人的創(chuàng)新思維能力。對(duì)于有著優(yōu)質(zhì)發(fā)展前景的學(xué)生，他甘做其人生路上的一段助波，會(huì)毫不吝惜地將他們推向更廣闊的平臺(tái)。

傳道授業(yè)，傳承的不僅是知識(shí)。在辛斌看來(lái)，如今的作為離不開(kāi)恩師陳杰教授的諄諄教導(dǎo)，也離不開(kāi)良好的成長(zhǎng)環(huán)境、學(xué)術(shù)氛圍。在與記者暢談的過(guò)程中，他始終心存著一份感激，對(duì)導(dǎo)師、對(duì)團(tuán)隊(duì)、也對(duì)過(guò)往經(jīng)歷。被問(wèn)及未來(lái)規(guī)劃，他并沒(méi)有勾畫(huà)多么宏偉的藍(lán)圖。表示當(dāng)前還是要立足本職工作，同時(shí)跟隨領(lǐng)域的發(fā)展和國(guó)家的需要，進(jìn)行局部的動(dòng)態(tài)調(diào)整。一手科研，一手教育，在學(xué)生工作層面，他仍不會(huì)放松，將會(huì)以足夠的能力去承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。

專家簡(jiǎn)介：辛斌，山東海陽(yáng)人，北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橹悄軆?yōu)化理論與方法及其應(yīng)用、多智能體系統(tǒng)、人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中SCI收錄論文18篇，出版學(xué)術(shù)專著3部、譯著1部。2012年榮獲第18屆“關(guān)肇直獎(jiǎng)”，2013年獲得北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文，2014年獲中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)第一屆優(yōu)秀博士學(xué)位論文。曾先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)、“973”子課題1項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目3項(xiàng)（包括教育部博士點(diǎn)基金1項(xiàng)），參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)（包括重大國(guó)際/地區(qū)合作項(xiàng)目1項(xiàng)、NSFC-浙江省聯(lián)合基金項(xiàng)目1項(xiàng)）。獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)防科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。社會(huì)任職包括：國(guó)際期刊Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics副編，北京自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事、控制理論專業(yè)委員會(huì)非線性系統(tǒng)與控制學(xué)組委員等。