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

本刊記者 謝更好

隨著計算機(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)域來求解各類復(fù)雜問題。大量實踐表明,優(yōu)化處理方法對系統(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)域中的很多實際問題都可以歸結(jié)為某個特定數(shù)學(xué)模型下的優(yōu)化問題,因而高效的尋優(yōu)算法對于工程問題的解決有著至關(guān)重要的影響。目前,智能優(yōu)化方法作為強(qiáng)有力的工具，已在社會生活的各個領(lǐng)域、部門發(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、運輸系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度、生產(chǎn)過程的最優(yōu)排產(chǎn)、國土資源的優(yōu)化配置以及最優(yōu)開發(fā)等。

參加學(xué)術(shù)會議

其中，群體智能作為引領(lǐng)現(xiàn)代科技潮流的開發(fā)熱點，正將國內(nèi)國際各個相關(guān)研究方向、行業(yè)領(lǐng)域的眼光逐漸吸引過來。國際上，1999年國際進(jìn)化計算大會召開了蟻群算法專題會議。國際權(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。在國內(nèi)，2001年在北京召開的第六屆全國人工智能聯(lián)合會議暨“863”計劃智能計算機(jī)主題學(xué)術(shù)會議，戴汝為院士作了題為“群體智能的研究進(jìn)展”的大會特邀報告。各大科技展，群體機(jī)器人列隊展演的報道已屢見不鮮。網(wǎng)路上，AI時代來臨一度傳開，甚至預(yù)測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。

“群體智能是把具有一定智能水平的個體通過組織、協(xié)作的方式表現(xiàn)出群體智能行為，這也是智能優(yōu)化方向下的一個分支。而我的工作簡單來說，更加側(cè)重于通過協(xié)調(diào)智能系統(tǒng)的整體布局以及單個平臺的控制調(diào)整，實現(xiàn)整個系統(tǒng)在決策、性能上的優(yōu)化。”北京理工大學(xué)自動化學(xué)院副教授辛斌如是說道。長期以來，他將智能優(yōu)化理論方法與傳統(tǒng)方法結(jié)合，以期更好地運用到多智能系統(tǒng)以及人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)當(dāng)中，為實現(xiàn)多智能平臺系統(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力。近半個世紀(jì)以來，多學(xué)科知識的高度集成促成了精確打擊武器、信息化武器、無人化武器等高精尖武器的誕生。與此同時，多個系統(tǒng)平臺的操作協(xié)調(diào)，復(fù)雜智能設(shè)備的靈活運用等都蘊(yùn)含了大量極具挑戰(zhàn)的科學(xué)問題。如何徹底實現(xiàn)各個平臺之間的信息無縫連接和橫向共享，解決不同類型系統(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，在國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金與高等學(xué)校博士點學(xué)科專項科研基金助力下，他作為項目負(fù)責(zé)人，先后承擔(dān)了“面向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的動態(tài)火力分配問題研究”“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”課題項目。同年，身擔(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。科研之路，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)合參與項目接連4次拿下國防科技進(jìn)步獎二等獎。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)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）一等獎(本人排名第4)。

然而對他而言，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)者的肯定對于研究工作有著很大的積極意義。“研究涉及的范疇可能并不是所有人都能理解，當(dāng)把成果鋪展開來，獎項恰恰所表達(dá)的正是一種領(lǐng)域和同行業(yè)者的認(rèn)可。”在他看來，積極的價值肯定是對研究最直接的反饋，這會使青年科研工作者深受鼓勵，也會更加有利于長久性研究工作的堅持、堅定。科研的道路之上，有了同行者，更有了同理人，

“智能優(yōu)化的應(yīng)用非常廣泛，甚至可以說智能優(yōu)化是無處不在的。”辛斌說。確實，智能優(yōu)化在國防安全領(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)援助工作等多個方面。

以救援救災(zāi)為例，我國地域遼闊，地形地勢復(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)性問題。如地震、泥石流等災(zāi)害發(fā)生時，無人車系統(tǒng)雖可以替代傳統(tǒng)人力活動進(jìn)行傳輸、搬運等工作，卻因地形、地勢的制約，不能及時有效地反饋救援進(jìn)展、環(huán)境信息等動態(tài)變化狀況。基于此點，辛斌從多平臺系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化作為切入點，主持開展了“面向多點動態(tài)集結(jié)任務(wù)的空地?zé)o人化移動平臺分布式協(xié)同規(guī)劃方法研究”項目。

針對空中與地面無人化移動平臺（即無人機(jī)與無人車系統(tǒng)）的協(xié)同作業(yè)，項目旨在通過提供優(yōu)化技術(shù)方法支持，實現(xiàn)無人平臺解決森林救火、有毒氣體泄漏檢測與處理、核事故現(xiàn)場勘察與處理等復(fù)雜危險任務(wù)的大范圍作業(yè)。他表示，在高度危險、任務(wù)點分散、時間敏感、蘊(yùn)含多種不確定性、任務(wù)狀態(tài)動態(tài)演化等多特征的事故現(xiàn)場，為了減少人員傷亡、提高任務(wù)執(zhí)行效率，采用無人化移動平臺執(zhí)行這類任務(wù)是一種較為理想的解決方案。但在單個無人機(jī)和多個無人車的協(xié)同執(zhí)行任務(wù)工程中，無人機(jī)自主航路的規(guī)劃、無人車小組路線規(guī)劃、組內(nèi)任務(wù)分布等都將是需要進(jìn)一步地設(shè)計研究優(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人移動平臺大范圍自主協(xié)同作業(yè)的能力。通過建立起一套面向多點動態(tài)集合任務(wù)的無人機(jī)/無人車異構(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”項目的開展如火如荼，他以合作方團(tuán)隊負(fù)責(zé)人的身份帶隊參與，帶領(lǐng)北京理工大學(xué)團(tuán)隊就地考察，切合實際地提出優(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之旅。時值北京理工大學(xué)開展面向全校的拔尖式培養(yǎng)實驗班，辛斌毫無意外被編入內(nèi)。從計算機(jī)專業(yè)轉(zhuǎn)向電子工程系，課程重點和發(fā)展方向自然也發(fā)生了不小的變化。3年實驗班生涯結(jié)束，辛斌又一次面臨了專業(yè)選擇的難題。考慮到調(diào)整專業(yè)的局限性，以及近兩年接觸到的競賽設(shè)計（數(shù)學(xué)建模競賽、物理競賽、電子設(shè)計等），辛斌決定做一番新的嘗試。他表示，正是在數(shù)學(xué)建模競賽過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，只待揚帆。之后，專研理論方法、著手項目實踐，辛斌在軟、硬件系統(tǒng)開發(fā)和項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、人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作為應(yīng)用檢驗形式。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)期成果來看一切還算順利。2013年，其博士學(xué)位論文被評為“北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文”。次年，論文又獲評第一屆“中國自動化學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文”。

不僅如此，在第31屆中國控制會議上，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篇來自世界各地的高質(zhì)量文章中脫穎而出，經(jīng)過多輪嚴(yán)格的專家評審和會議評審，一舉奪得第18屆“關(guān)肇直獎”。此獎系目前我國控制理論界最高水平的青年學(xué)術(shù)獎項，以其嚴(yán)格的評審、高水平的獲獎?wù)撐募矮@獎?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項設(shè)立18年以來的第23位獲獎人（包括2位國際獲獎人），北京理工大學(xué)建校以來的首位該獎獲得者。

課題組合影

就如之前提到的，獎項于辛斌并非多么執(zhí)重，他更看重的是科研的價值意義以及研究中蘊(yùn)藏的精神魅力。辛斌一再強(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“萬金油”簡單定義，也絕不是一個單純的工具，它所存在的技術(shù)魅力是等待著科研人一步步去挖掘的。“優(yōu)化本身是以高精尖的含義來確定的。如果問題簡單，就沒有必要再費心盡力去做一些無用功。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。”辛斌如是談到。

也正是抱著這樣的理念，辛斌嚴(yán)格要求自己，同時扛起為科研注入新鮮血液的大旗。在與辛斌的交談過程中，記者不止一次聽到責(zé)任二字的重量。“學(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。”多年來的教育經(jīng)驗不會白費，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)生獨立思考、自主實驗，將師生關(guān)系推移到一個完全平行的交流平臺。即便深諳科研文章的發(fā)表對于整個教育脈絡(luò)的把控，他也不去提倡學(xué)生投文章、堆論文。在他看來，隨著研究水平層次的遞進(jìn)，文章自然會水到渠成。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，同時發(fā)掘年輕人的創(chuàng)新思維能力。對于有著優(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，會毫不吝惜地將他們推向更廣闊的平臺。

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

專家簡介：辛斌，山東海陽人，北京理工大學(xué)自動化學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向為智能優(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”，2013年獲得北京市優(yōu)秀博士學(xué)位論文，2014年獲中國自動化學(xué)會第一屆優(yōu)秀博士學(xué)位論文。曾先后主持國家自然科學(xué)基金2項、“973”子課題1項、省部級項目3項（包括教育部博士點基金1項），參與國家自然科學(xué)基金項目3項（包括重大國際/地區(qū)合作項目1項、NSFC-浙江省聯(lián)合基金項目1項）。獲教育部自然科學(xué)獎一等獎1項，國防科技進(jìn)步獎二等獎4項。社會任職包括：國際期刊Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics副編，北京自動化學(xué)會理事、控制理論專業(yè)委員會非線性系統(tǒng)與控制學(xué)組委員等。