我国运筹学和系统工程的主要创建人之一 许国志

2005-12-07 08:21:49
  许国志,运筹学家和系统科学家。中国系统工程学会的创建人之一。长期致力于运筹学、组合最优化和系统科学的科研与教学,取得了很多重要的研究成
果,筹建了我国第一个运筹学研究室、系统科学研究所。培养了一大批运筹学和系统科学方面的专门人才,并推动了系统工程和运筹学在国民经济中的应用研究,是我国运筹学和系统工程研究的主要创建人之一。



  许国志,1919年4月20日生于江苏省扬州市。1939年考入交通大学机械系。当时中日战争已经爆发,上海沦为孤岛,但交大的教师队伍、图书设备仍具有很好的规模,不失为一求学的园地。1941年冬珍珠港事变,上海已难久留,于是在1942年夏秋之际,许国志与少数同班同学,历尽艰辛,西行抵重庆继续求学。交大毕业后,在原资源委员会所属各厂先后从事锅炉的设计以及蒸汽涡轮机的装机与运行。时约五年之久,因而初步积累了工程技术方面的一些经验。1947年底赴美,入堪萨斯大学,仍修机械工程,获硕士学位后,转入数学系,于1953年获博士学位。毕业后,先后在美国芝加哥大学气象学系和马利兰大学流体力学与应用数学研究所工作。为参加祖国的建设,藩篱难阻,许国志终于在1955年9月同夫人蒋丽金(化学家)双双乘轮归国。

  1956年1月许国志被分派到当时刚建立的中国科学院力学研究所。当时运筹学刚发展不久,钱学森和许国志敏锐地看到这一学科旺盛的生命力和广泛的应用前景,首次将其引入国内。由于许国志在工程方面的功底与数学方面有相当造诣,钱学森所长便要他负责筹建了中国第一个运筹学研究室。许国志编著了中国第一批有关运筹学的书和文章,系统地介绍了规划论、排队论和博奕论等运筹学的各个分支。招收了中国第一批运筹学的研究生和进修生,培养了一支运筹学骨干队伍。今天,他们都已在各自的研究领域成为学科带头人。同时,许国志等在交通运输、纺织和水利等部门进行了运筹学的推广普及工作。50年代末到60年代初,许国志领导并参与了运筹学在中国国民经济中的应用研究,使运筹学在中国得到了很大的发展。后来,中国数学会运筹学会成立,许国志任副理事长。

  60年代中,许国志注意到了一门联系计算机科学、运筹学组合数学的新分支——组合最优化正在形成,他便积极倡导开展研究。几十年来,许国志一直致力于组合最优化的科研工作,为中国在这个领域赶超世界先进水平作出了重要贡献。

  70年代末,钱学森、许国志、王寿云合作发表了中国第一篇全面深刻地阐述系统工程的文章,对其在中国的迅猛发展起了决定性的作用。80年代,许国志与一些同志共同努力,创建了中国第一个系统科学研究所,1980—1983年他任该所副所长;他参与筹建了中国系统工程学会,并担任第二届和第三届理事长;他在国防科技大学协助开办了第一个系统工程系与应用数学系;创办了第一个系统工程的刊物“系统工程的理论与实践”,并任主编。

  近年来,许国志注意到管理,决策与信息系统结合的新趋向,并开展了这方面的研究,他筹建了中国科学院“管理,决策与信息系统开放研究实验室”并任实验室主任。

  许国志为我国开创几个新学科,作出了重要贡献。

  1995年当选为中国工程院院士。

为创立中国运筹学奠定基础

  1955年秋,许国志归国途中与钱学森同舟,时相讨论如何为祖国建设作出贡献。钱学森以其渊深的学识与真知卓见,从政治、经济到科学技术,常常提出重要的见解。在第二次世界大战期间,从研究作战方法的过程中,国外产生了一门崭新的学科——运筹学(Operations Research)。钱学森与许国志谈及当时刚发展不久的这一新学科,认为这门学科虽起源于二次大战,但对于经济建设肯定也能发挥作用。虽然它建立于资本主义国家,但由于其学术上的本质是强调总体,对社会主义建设为用亦大。他们决定将这一新学科引入中国。这一段经历为期虽短,但对于许国志此后的生涯影响颇深。

  回国后,许国志被分派到当时刚建立的中国科学院力学研究所。由于许国志在工程方面的功底与数学上具有相当造诣,钱学森所长便要他负责筹建运筹组。

  运筹学英文名为Operations Research,初译为运用学。后来周华章提出Operations Research已经从初期的武器有效使用的问题扩展到许多筹划问题的探讨,初译为运用学已不能包含其内容。经过许国志和周华章的反复讨论,改译为运筹学,以概括运用与筹划两方面的内容。运筹两字渊源于史记中“运筹帷幄中,决胜千里外”一语,这样也同时包括了运筹学起源军事,仍旧有应用于军事的含义。

  运筹学是一门综合性很强的学科(当时还没有“跨学科”的提法),其科研组织的构成也应能适应这一学科特点。在筹建运筹组中,许国志体现了钱学森的想法,在人员组成方面实行了“三三”制,即三个理科专业,三个工科专业,三个社会科学专业。这样的人员构成不仅在当时颇有新意,而且为运筹学的发展奠定了良好的基础。

  运筹学在我国原无基础,创建伊始从何处着手?许国志认为要使运筹学得以在我国发展,就必须与我国的实际相结合。许国志一方面在《科学通报》和《人民日报》上著文介绍运筹学,一方面思考具体的研究课题。当时我国运输紧张,粮食调运与储存都是很大的问题。众所周知,“运输问题”是线性规划(运筹学的一个子学科)中的著名问题。当时从这个问题起始,会是一个极好的开端。许国志在和我国粮食调运的同志合作一段时期以后,发现他们有一种极易理解和操作的方法(当然是对简单的小规模问题而言)。线性规划中的运输问题的算法是代数性质的,可通过表格化来进行计算。这种方法是图解性质的,当时便定名为“图上作业法”。从这个方法,许国志提出了两个重要的观点,其一是图上作业法揭示了运输问题的本质。其二是“运输问题”本质是一个图论理论性的问题。这使许国志对图论产生兴趣,并积极倡导开展图论和组合最优化的研究。


  组合最优化的核心是发现和研究各种“好算法”。在70年代初,人们已经知道用拟阵来概括大部分组合最优化问题。一个拟阵的最优基问题和二个或三个拟阵的最优交问题已有了好算法,而三个或三个以上的拟阵最优交问题已无希望有好算法。因此,关键之处是要搞清楚二个到三个拟阵交之间的问题。朱永津和刘振宏首先提出的最小树形图问题是二个拟阵交的典型例子,在国际上被称为“朱刘Edmands算法”。1979年许国志推广了这一算法,在二个到三个拟阵之间找到了一个具有好算法的新问题——“具有次约束的最优树形图问题”,具次约束的最小树形图是非2—拟阵问题。许国志研究这个问题是基于下列设想。Edmands证明了2拟阵问题存在多限式算法,并且证明最小树形图是一个2—拟阵。但无法证明3—拟阵问题存在多限式算法。许国志与他的同事们有一个想法,即研究一些具体的非2—拟阵问题,并给出其多项式算法,从而对3—拟阵能有较多的理解。

  许国志对交通运输,特别是铁路运输始终有很大兴趣。他看出铁路运输中存在着很多组合优化的问题,它们的难易度不一。诸如著名的列车编组问题,从理论上很容易给出一个动态规划的算法。但对于“取送车问题”的研究,从理论上导致了一个正数序列的排列剖分,这是一个极难的问题。“文化大革命”以后,许国志主持并参加了驼峰调车问题研究。许国志亲自编写计算机程序。因当时的计算机内存小功能差,而算法必须考虑的问题实际要求多,编程花费了较多精力。虽然计算机给出的方案得到实际部门的认可和赞誉,但终因输入费时和打印效果差,而难于实际使用。但同当时所看到的国外工作比较,这项研究的理论成果是先进的。

  许国志一贯坚持理论联系实际,重视学科发展的实际背景;特别注重从具体问题中得到启发,从而提出具有一般意义的概念和规律。例如:

  从顺序剖分和成组剖分中,他得到了衡量一个有限整数序列的“颠倒序”和“混杂序”。

  从宝塔型车组这一具体问题,他和他的同事们证明并给出长度为n的有限整数序列的最大混杂度。

  从驼峰调车课题的经验中,许国志深深体会到系统概念的重要性。在一个系统中,一个子系统无论如何先进,如何完善,若不能与其他子系统匹配,则这种先进性和完善性是无从发挥的。在当时整个调车作业还相当陈旧的情况下,先进的调车研究成果也是无法付诸实现的。

  许国志认为从具体问题中认识事理的本质是极为重要的,这也是他研究工作中的一大兴趣。

中国系统工程的创建人之一

  在60年代初期,系统工程在我国国防科研工作中已被采用。但这种情况鲜为人知。1979年4月,许国志向钱学森提出在我国发展系统工程的设想,得到钱学森的赞同。同年发表了由钱学森、许国志、王寿云撰写的题为“组织管理的技术——系统工程”。这篇论文对推动我国系统工程的开展,起了关键性作用。

  系统工程中使用了很多运筹学的方法。那么系统工程和运筹学的关系如何?这个问题,钱学森在他的科学体系中已给出明确解答。系统工程属于工程技术,而运筹学又属于该体系中上一层的技术科学。自然界的一切现象都有其自身的规律,人类社会活动亦不例外。在前面提到过图上作业法,许国志认为这个方法的两条最优解的判别准则,“无对流”和“无迂回”是用运输的语言叙述了充分和必要条件,这就揭示了最优分配的本质,说明了“事理”。同样排队论揭示了拥挤现象的一些规律,博奕论探讨了一类依赖者决定胜负的竞争现象的规律。运筹学的研究对象是“事理”。系统工程的研究不能不牵涉到,因而就不可避免地要应用诸多运筹学的关系,许国志发表了“论事理”一文。多年来,许国志一直有这样的观点:他认为运筹学的出现和发展为应用数学开拓了一个新的、广阔的领域,即从自然现象扩大到人类社会活动和行为。这是本世纪40年代以来,应用数学的一大进展。许国志在一些文章和学术会议的报告上,屡次阐述他这一观点。

  70年代后期,许国志和他的同行在老一辈科学家的倡导下,曾参与筹建一些新科研单位和事业。1979年夏,他曾希望在此后五年内能为系统工程在我国筹建一个研究所,从事研究工作;一个系培养人材;一个学会进行学术交流;一个刊物,发表科学论文。在科学春天的大好形势下,在不到三年的时间内全都得以实现。他常为得以亲身参与感到无限欣慰。

倡导和主持决策分析的研究

  运筹学起源于军事问题,特别是大型武器的有效使用。后来发现这方面的许多概念和方法对一般管理问题也能发挥很大作用。60年代在有些管理的文献中提及的量化方法,大部分就是运筹学方法。同样,众所周知,在国外,系统工程起源于大型工程项目的规划与执行。自然,这方面的一些内容属于管理范畴。70年代后期,有效管理在我国受到相当重视。许国志的兴趣便更多地,逐渐地转移到管理方面。他认为在管理问题中,决策不仅层次最高,而且在发展上也最完备。自博奕论为其奠定基础以来,在方法论方面,发展了决策分析一套工作。进而开展了决策支持系统。使复杂的决策问题借助计算机而得以实现。在这方面,他有着如下的观点。

  (1)许国志强调,无论是决策理论,决策分析,或者是决策支持系统都是决策科学工作者的工作。而决策本身是决策者的职责。决策科学工作者决不能越级发展。



  (2)决策科学工作者对具体问题经过研究探讨而提出的方案,是否为决策者所采纳绝不是判别该项工作优劣的准则。判别的主要依据应是该方案对决策者所起的影响作用。

  (3)人的决策行为并不完全依赖逻辑思维。因而一些传统的数学概念和方法在决策问题中的应用常不尽如人意。即使在一般管理问题中,也应审慎。60年代国际上过分重视量化方法,是不适当的。对于70年代流行的一些观点,许国志认为也需要修正,他多次在学术报告中提及此点。

  (4)系统工程中的方法论的本质,是提出一个进行工作的步骤和程序。他认为决策科学化的核心内容之一是决策程序化。仅仅采用一些科学方法甚至是难度较大的数学方法,而忽略了应遵循的步骤,决不能称为决策科学化。

  (5)任何一项具体的决策问题的研究,如果没有决策者以某种方式参与共事;而希望该项成果的取得实际效果,是不能想象的。决策者和专业科学工作者的共同参与、协同工作是一种艺术。

  数十年来,许国志用了较多的时间从事组织领导工作。他在完成具体管理工作的同时,还以一个科学家的眼光,把一些具体事务作为案例进行研究。他曾遵守并积极倡导下列原则。

  (1)互补原则。许国志注重于与他性格迥异,事业不尽相同的人合作。

  数学规划论中有一条互补定理,它是优解的判别准则。他认为这个原则是受到运筹管理的启发。

  (2)易位原则。许国志认为在许多非原则问题上,常常站在对方的立场想一想问题,是能把事情办得更好一些的重要原则。

  (3)三多原则。多想、多听、多写。要多分析、多思考;要让人家把话讲完;重要的文件不要假手他人。

  (4)一盘棋原则。许国志认为任何一个单位都是一盘棋中的一个棋子。或者说是一个系统中的一个子系统。如果不相互交流,那么就成为一个奇异点,或者说形成一个闭系统。在封闭系统中,熵不断增大,终而导致无序。在单位内部,他强调“兼收并蓄”,这样方能叶茂枝繁。

简历

  1919年4月20日 出生于江苏省扬州市。

  1943年 上海交通大学机械工程系毕业。

  1943—1947年 先后在新通贸易公司:昆明中央机械厂和北京石景山发电厂工作。

  1947年 赴美留学。

  1953年 获美国堪萨斯大学数学系博士学位

  1953—1954年 任美国芝加哥大学气象学系研究人员。

  1954—1955年 任美国马利兰大学流体力学及应用数学研究所研究人员。

  1956—1960年 任中国科学院力学研究所副研究员。

  1960—1979年 任中国科学院数学研究所副研究员。

  1980—1989年 任中国科学院系统科学研究所研究员。

  1980—1983年 任中国科学院系统科学研究所副所长。

  1989年— 任中国科学院管理,决策与信息系统开放实验室主任。

  1985年— 任中国系统工程学会理事长。

  1995年 当选为中国工程院院士

主要论著

  1 中国科学院数学所运筹室.运筹学.科学出版社,1978。

  2 中国科学院数学所运筹室.最优化方法.科学出版社,1980。

  3 许国志.论运筹学中的几个问题.科学通报,1956年,5月号,15—27。

  4 钱学森,许国志,王寿云.组织管理的技术—系统工程.载钱学森《论系统工程》,湖南科学技术出版社,1982,7—27。

  5 许国志.论事理.系统工程论文集.科学出版社,1981。

  6 许国志.关于应用数学的几点看法.自然杂志,1980。

  7 中国科学院数学研究所运筹室二组。铁道调度问题中数学方法的初步研究.应用数学学报,1978第1卷第2期,91—105

  8 许国志,朱永津,田丰.具有次约束的最优树形图问题.应用数学学报1979,第2卷,第4期,295—301

  9 许国志,陈庆华,刘继勇.数列最优成组剖分的一个近似算法.科学通报,1986,第31卷,第15期,128—131

来源:光明网

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