杉數(shù)“求解”，讓中國技術(shù)爭雄國際數(shù)學軟件榜

焦旭

曾幾何時，提及“求解器”人們想到的是三大巨頭IBM Cplex，Gurobi和FICO Xpress。求解器是求解數(shù)學規(guī)劃問題的軟件，技術(shù)壁壘高、研發(fā)難度大，國內(nèi)具備研發(fā)能力的團隊屈指可數(shù)。這就造成了國內(nèi)很多企業(yè)，尤其是一些高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、航空公司等所用的數(shù)據(jù)計算引擎都是由國外的求解公司提供的。

面對這種情況，杉數(shù)科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO羅小渠覺得“我們要潛心研發(fā)一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的‘求解器。”而看似簡單的“求解器”，其實在技術(shù)層面要求非常高，從數(shù)據(jù)的收集、計算，再到模型優(yōu)化，這其中的難點就是參數(shù)的計算。杉數(shù)科技求解器研發(fā)團隊歷時三年，自主研發(fā)成功國內(nèi)首個商業(yè)求解器平臺--“杉數(shù)求解器COPT”。

日前，在求解器領(lǐng)域最權(quán)威的國際第三方測評Mittelmann的最新一輪測試結(jié)果中，杉數(shù)科技穩(wěn)居單純型法線性規(guī)劃求解器全球性能第一。值得一提的是，杉數(shù)求解器COPT自2019年5月登榜以來，一直在Mittelmann榜單上占據(jù)領(lǐng)先位置。

最新排名顯示，杉數(shù)科技持續(xù)位列第一，身后則是全球知名數(shù)學規(guī)劃求解器國際領(lǐng)袖企業(yè)Gurobi和阿里達摩院于上月發(fā)布的阿里求解器MDOPT。

據(jù)了解，由美國亞利桑那州立大學Hans Mittelmann教授所維護的網(wǎng)站提供了多個商業(yè)和開源數(shù)學規(guī)劃求解器的測評數(shù)據(jù)，全面評估各個軟件求解 LP、 MIP、 （MI）QP、 （MI）QCQP、 （MI）SOCP和NLP等問題集的能力。近年來，他的測評成為潛在客戶了解和選擇求解器的窗口，也被求解器業(yè)界奉為其軟件性能排名的事實標準。

最新的2020版提供了40個工業(yè)數(shù)據(jù)集用于開源以及商業(yè)數(shù)學規(guī)劃優(yōu)化求解器軟件測評，測評結(jié)果以算得快（求解速度）和完成率（解出全部40個工業(yè)數(shù)據(jù)集）進行排序，長期以來都是美國和歐洲軟件占據(jù)該測評排行榜的主體和前三名。數(shù)學規(guī)劃又稱數(shù)學優(yōu)化，是運籌學的核心理論與支撐，被廣泛用于工程、經(jīng)濟和金融等領(lǐng)域求解各種現(xiàn)實問題的最優(yōu)化決策，對現(xiàn)代社會具有重大戰(zhàn)略價值，數(shù)學規(guī)劃包括了線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃等研究方向。

線性規(guī)劃的單純形方法，被認為是現(xiàn)代數(shù)學規(guī)劃及運籌學學科的開端，也是公認的20世紀最重要的十大算法之一。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，歐美等國家和地區(qū)涌現(xiàn)出了不少優(yōu)秀的基于單純型法線性規(guī)劃的決策優(yōu)化求解器，可以方便地求解百萬級別變量的線性規(guī)劃問題，對于供應(yīng)鏈的倉網(wǎng)布局、商品定價和配貨補貨，制造業(yè)的工廠排產(chǎn)排班，能源電網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化，航空業(yè)的航班恢復(fù)和乘務(wù)調(diào)度，和物流業(yè)的運輸規(guī)劃等企業(yè)優(yōu)化決策場景來說至關(guān)重要，具有極大的商業(yè)價值。

杉數(shù)科技基于中國企業(yè)已積累的海量大數(shù)據(jù)和大規(guī)模業(yè)務(wù)場景，利用運籌學和機器學習等前沿技術(shù)將企業(yè)的實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型求解。杉數(shù)科技的核心產(chǎn)品為COPT決策優(yōu)化求解器，目前提供學術(shù)版、單機版與服務(wù)器版。據(jù)杉數(shù)科技介紹，自2019年5月發(fā)布可求解大規(guī)模復(fù)雜商業(yè)問題的COPT 1.0版本以來，該求解器不斷提升，目前在實際中已經(jīng)能夠成功應(yīng)對5000萬到上億變量的線性規(guī)劃問題。

對于成熟的商業(yè)求解器，整數(shù)規(guī)劃（MIP）求解器的技術(shù)研發(fā)難度遠高于線性規(guī)劃，需要通過百萬量級的代碼將一個高度復(fù)雜的數(shù)學系統(tǒng)工程化實現(xiàn)出來，涉及到的優(yōu)化數(shù)學原理更為精密復(fù)雜，研發(fā)人員需要同時具備極好的計算機編程能力和深厚的數(shù)學和優(yōu)化算法理論沉淀，因此整數(shù)規(guī)劃模塊也正是近年來杉數(shù)求解器團隊著力開發(fā)的部分。

杉數(shù)求解器COPT整數(shù)規(guī)劃模塊（MIP）目前已經(jīng)趨于成熟，經(jīng)過內(nèi)測，性能優(yōu)于最好的MIP開源求解器SCIP約20%，雖然尚未面向全社會開放試用，但已應(yīng)用于多家頭部企業(yè)，具備快速和穩(wěn)健應(yīng)對業(yè)界場景中各類整數(shù)規(guī)劃問題的能力，如國家電網(wǎng)加州研究院水火電聯(lián)合機組組合優(yōu)化，百威智能供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，小米全渠道智能分貨系統(tǒng)，商飛民用飛機工業(yè)知識圖譜優(yōu)化算法引擎部署，南航2020年度發(fā)動機優(yōu)化項目，好麗友供應(yīng)鏈管理數(shù)字化建設(shè)項目等等。

杉數(shù)科技聯(lián)合創(chuàng)始人、COPT決策優(yōu)化求解器項目負責人葛冬冬表示，隨著中國成為全球工業(yè)制造第一大國、網(wǎng)絡(luò)零售第一大國、貿(mào)易第一大國、世界第二大經(jīng)濟體等，中國的商業(yè)場景及規(guī)模已經(jīng)不遜色于歐美地區(qū)，這為以數(shù)學規(guī)劃求解器為代表的國產(chǎn)工業(yè)工程軟件研發(fā)以及達到甚至趕超國際頂級商業(yè)軟件水平，提供了豐富場景，創(chuàng)造了歷史性的發(fā)展機遇。

COPT求解器過去兩年已經(jīng)廣泛部署于杉數(shù)科技的智慧供應(yīng)鏈與工業(yè)4.0智能系統(tǒng)。除了自2019年5月以來穩(wěn)居Mittelmann線性規(guī)劃測試榜首外，COPT求解器的各個模塊已經(jīng)大量應(yīng)用于解決實際大規(guī)模優(yōu)化商業(yè)問題與國家重要行業(yè)，特別在線性規(guī)劃方面達到了完全可替換國外軟件的水平。杉數(shù)求解器COPT目前支持包括Windows、Linux和MacOS等在內(nèi)的所有主流操作系統(tǒng)（均為64位系統(tǒng)），并提供Python、PuLP、Pyomo、C、C++、C#、Java、AMPL和GAMS等主流計算語言接口以及支持ARM64平臺。

羅小渠對記者表示：“COPT求解器是杉數(shù)科技的核心產(chǎn)品和底層技術(shù)，驅(qū)動了上層的行業(yè)解決方案及服務(wù)，杉數(shù)科技目前針對零售、物流和制造等行業(yè)提供智慧預(yù)測與促銷優(yōu)化、智能定價、智能配補貨、智能計劃排產(chǎn)、運輸優(yōu)化、智能倉儲、智慧選址等通用解決方案，可幫助中國市場的企業(yè)實現(xiàn)從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策的優(yōu)化與轉(zhuǎn)化。”

有人說，杉數(shù)科技是一家非典型AI公司。不從事語音、圖像和NLP鏈條上的任何一項，也不以機器學習、深度學習作為唯一的核心支撐，杉數(shù)科技站在機器學習和運籌的交叉口，做得是數(shù)據(jù)規(guī)律挖掘之后，建模、求解，提供最佳決策方案的生意。

對此，羅小渠直言：“從始至終，杉數(shù)科技都在做兩件事，第一件事‘求解器的開發(fā)，第二件事‘打造智能決策智慧鏈。”如今，大數(shù)據(jù)時代幾乎讓所有領(lǐng)域都發(fā)生著數(shù)字“蝶變”，而杉數(shù)科技將持續(xù)挖掘、整合大數(shù)據(jù)信息，驅(qū)動企業(yè)創(chuàng)新決策，讓“數(shù)據(jù)風暴”發(fā)揮更大的價值。

2020年，正值十四五開局規(guī)劃之年，又逢中華民族偉大復(fù)興的戰(zhàn)略全局。面對充滿不確定性的國際環(huán)境，以杉數(shù)科技為代表的新一代國產(chǎn)工業(yè)工程軟件企業(yè)，將堅定不移地打造自主可控的國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件，為世界百年未有之大變局注入中國的科技擔當。