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科技视角——走进群体智能世界学者

——北京大学智能学院计算智能实验室谭营教授

2023-09-26 11:12 来源:《祖国》杂志


    目前,以互联网和移动通信为纽带,实现了人类群体、大数据、物联网的广泛和深度互联,这样的模式,让群体智能发挥了极大的科技优势,并由此改变了人工智能领域。

    1.群体智能的“真相”
    著名科学家钱学森先生在上世纪90年代曾提出综合集成研讨厅体系,强调专家群体以人机结合的方式进行协同研讨,共同对复杂巨系统的挑战性问题进行研究。而现在,群体智能作为人工智能最重要的研究领域之一,正吸引着大量国际知名学者进行深入和广泛研究。尤其是在国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》中,群体智能作为我国四个战略性重要研究方向之一,具有极其重要的意义。
    群体智能源于对以蚂蚁、鸟群等为代表的社会性昆虫的群体行为的研究。最早被用在细胞机器人系统的描述中。群体智能的特点在于分布式并行控制,不存在控制中心,群体存在自组织性。
    作为一门新兴学科,群体智能的算法及思想可以应用于很多领域的研究,如二次指派、车间调度、图形着色、面向连接网络路由等问题的求解等。所以,关于群体智能的探索,从未停歇。其中,ICSI系列会议就是在世界范围的群体智能领域具有很大的影响力的国际性集会之一。
    它,是从事群体智能研究与应用的研究人员发表他们最新研究成果的重要专业学术平台。到目前为止,已经举办了十三届,第十四届国际群体智能会议将于2023年于中国深圳举行。
    作为发起人,从2010年至今,在国际群体与进化智能学会(IASEI),IEEE旗下各相关学会,国际神经网络学会(INN),软计算世界联合会(WSC)等和国家自然基金委的共同大力支持下,谭营教授带领其团队已连续组织了十三届群体智能国际会议(ICSI),为加强国际学术交流、宣传我国群体智能研究成果、提高我国群体智能研究能力做出了突出的贡献。
    2.群体智能成果
    群体机器人,是群体智能领域的重要研究方向,可以广泛的应用需要大量低成本个体、需要大量时间和空间或者操作环境有害的实际应用问题中, 例如采矿、农业生产、灾后救援、目标搜索、军事应用等等。 正是这样广泛的应用,让其研究备受关注。而谭营团队不负众望,在群体机器人研究领域,取得了多项重大突破。
    通过调研大量相关文献,团队建立了群体机器人的一般模型,基于一定假设和抽象建立了群体机器人多目标搜索问题的仿真模型;  受烟花算法(FWA)启发,团队提出了组爆炸搜索策略(GES 和IGES),取得了优于基准算法RPSO 的性能。
    在环境限制方面,团队考虑了障碍物、假目标和干扰源的影响。对此,团队提出了一种群体协作策略,相对于机器人独立搜索而言,能够降低假目标的访问次数,较好地完成了任务需求。
    群体机器人自适应部署可作为群体机器人多目标搜索问题的一个子任务,通过自适应调节势场函数的参数,于是,团队提出了一种自适应部署机制,能够较快地让整个机器人群体部署到未知搜索空间。
    此外,他们还就基于机器学习的多智能体学习任务展开了相关研究,提出了基于进化算法的群体机器人策略演化与基于深度强化学习的多智能体协同算法。学习机制可方便地用于群体机器人算法的建模与学习,并应用到了一些基于多智能体协同的游戏中来。
    提到群体智能,就不能不提近些年备受关注的烟花算法,作为一种新的群体智能优化算法,它与粒子群优化、蚁群优化和遗传算法等SI算法相比,具有不同的协作框架和搜索方式。在烟花算法中,多个烟花在自身周围分布新个体(称为火花),来进行局部邻域的搜索;各烟花根据自身的搜索状态,相互交换信息,调整自身爆炸范围和火花分配,从而实现整体搜索的协调。
    相比其它群体智能算法与进化算法框架,烟花算法在基准目标函数和现实问题上都有着更好的表现。随着研究的深入,谭营和其研究团队又提出了许多效果更好的烟花算法变体,并且达到了群体智能算法的先进水平。由此可见,烟花算法框架具有十分优异的性能以及极强的竞争力。
    现在的烟花算法,已经走出了自己的应用路径,被应用于广泛的现实问题。比如,研究人员成功地将烟花算法应用到了各种应用当中去,如利用FWA进行强化学习,来优化各种机器学习任务。当然,还有许多其他的应用,如调度与路由问题、数值计算、设计与控制、图像处理等。而烟花算法的创始人,正是谭营教授。由此可见,在多项算法研究领域,谭营及其领导的团队,就走在了群体智能研究的前沿。
    3.注重对学生的培养 
    除了平常的科研工作外,谭营还非常看重学生的培养。作为北京大学的教授,他承担起了本科生《智能信息系统》和研究生《计算智能》《研究生科研方法》《金融与人工智能》等课程的教学任务。同时,作为博士生导师,他还负责实验室十多名博士生和硕士生的研究指导工作。作为师者,他认为培养高层次的研究型人才,是目前建设创新型国家的重要基石。而如何引导每一名硕士、博士新生入手科研,以及在研究过程中对他们进行点拨,则是谭营目前日常指导学生研究工作的重点。在教学过程中,他发现,创新与交流,对研究生的培养至关重要,并始终将其贯穿在他的日常教学工作之中。
    关于创新,谭营说:“在高校做科研不同于其他环境,需要研究各种前沿的问题,在解决这些新的问题中提高自己,锻炼科研队伍,所以高校科研更需要时时创新。”不墨守成规,崇尚新思想,是谭营的工作方式。他常这样教导学生:“不要迷信权威,要尊重事实,不要局限于别人的思路中,要勇于尝试,尝试新的思路,转变自己的思维方式。” 同时创新植根于实践,在谭营看来,只有脚踏实地,找准自己的研究方向,才能做出研究突破。
    另一方面,作为多名研究生的导师,当学生遇到疑难问题,他不仅仅会单独面对面交流,给出自己的想法和建议,他还经常组织召集学生们一起讨论。“不能关起门来做科研,别人的想法与建议是至关重要的。”这也是谭营所秉持的。每次组会,他都要求大家分享一下自己的观点,对目前的研究和课题提出一些问题。“每个人的想法都是不同的,别人的想法正是对自己想法的扩展与补充。”
    在不断的教学中,谭营也发现,教育学生拥有正确的世界观也很重要。 因此,他并不完全是传授知识,而是非常注重培养学生正确的世界观,通过引导告诉他们要为谁服务,不要有利己主义。作为一个做科研的人,要放开心态,用追求科学阵地的世界观做研究、做工作,才能创造更大的价值,为社会的发展、国家的建设贡献自己的一分力量。
    如今,谭营的研究精力主要集中在一些国家级的项目研究上,包括国家自然基金、科技部的人工智能规划等项目。主要目的是将智能群体优化在大的方向上继续向前推进。除了将烟花算法推进到世界所有优化系统前三名的水平,他更希望通过努力推动我国在整个优化研究领先水平。

    有理想,有行动,这就是谭营,一位奋斗在科研,教学前行的探索者,一位长期默默耕耘在我国高等教育中的著名学者。


责任编辑:赵娜

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