呂志鵬團隊（華中科技大學供圖）
記者4月11日從華中科技大學獲悉，在9日結束的第12屆美國離散數學和理論計算機科學中心DIMACS算法挑戰賽中，由華中科技大學教授呂志鵬團隊與華為云瑤光調度算法團隊組成的聯合參賽團隊，首次參賽即在四個賽道中斬獲兩項冠軍、一項亞軍以及兩項季軍，是所有參賽隊伍中唯一獲得多項冠軍和前三名的隊伍。
這是中國團隊在DIMACS算法挑戰賽中首次奪冠，同時中國也是此次競賽中獲得冠軍和前三名最多的國家。呂志鵬團隊也繼去年獲得EDA算法國際競賽冠軍后，又一次在國際大賽中獲得佳績。
算法界的頂級賽事 和全球算法高手過招
DIMACS算法挑戰賽于1990年發起，致力于推動重大應用問題的算法研究，是計算機領域歷史最悠久、最專業的國際專業算法競賽之一，至今已有32年的歷史。大賽主辦方為美國離散數學和理論計算機科學中心，是國際學術界的權威機構，本屆大賽由其聯合亞馬遜公司共同舉辦。
“這是一個學界和業界深度融合的賽事，是最權威的算法比賽之一。歷屆賽題既包含困擾業界和學術界多年的‘硬骨頭’難題，也有最前沿的應用難題，非常具有挑戰性。”呂志鵬介紹。
此次DIMACS算法挑戰賽的主題為車輛路由問題（Vehicle Routing Problem，VRP）。該問題廣泛應用于物流運輸、供應鏈優化、后勤保障、先進制造、智慧城市等諸多工業應用領域，在提出至今的60余年時間里，被國際學術界和工業界持續深入研究。
如此具有挑戰性的賽事自然匯聚了來自各國的高手。據悉，本次競賽共吸引了來自19個國家和地區的59支頂尖算法研究團隊參賽，包括卡耐基梅隆大學、康奈爾大學、多倫多大學、都柏林大學、蒙特利爾大學、谷歌、沃爾瑪、大和運輸等著名高校與公司，以及歐洲最大的獨立研究機構SINTEF、加拿大交通運輸研究中心CIRRELT、法國國家信息與自動化研究所INRIA等國際著名研究機構。
此外，多位該領域的國際著名學者，如Jean-François Cordeau、Daniele Vigo、Jin-Kao Hao、Matteo Fischetti、Keld Helsgaun等人的參賽，也使得本次競賽的競爭尤為激烈。“參賽選手大多是該領域的高手，有些選手就是某些經典算法的提出者，或者是在該領域研究了30年以上的學者。我們會有一些壓力，但是在這個領域我們也積累了很多學術研究和工業落地的經驗，大家都比較有信心。”呂志鵬介紹。
呂志鵬所在實驗室自成立至今的40余年來，一直聚焦于復雜問題的求解算法與工業應用研究，曾多次獲得國際算法競賽全球冠軍。此前，在GECCO 2020國際會議中，呂志鵬團隊與華為云瑤光調度算法團隊合作獲得最優相機布局算法競賽兩項分賽道的冠軍以及總冠軍。
首戰大滿貫 算法不斷迭代代碼達2萬余行
此次競賽共包含五個賽道，該團隊參加了四個賽道的比賽，分別是帶容量約束的車輛路由問題賽道（CVRP）、可分載的車輛路由問題賽道（SDVRP）、帶時間窗的車輛路由問題賽道（VRPTW）、庫存路由問題（IRP）賽道。他們是為數不多的參加多個賽道的隊伍。“有很多隊伍只參加一個賽道的比賽，就像體育比賽一樣。我們同時參加多個賽道的比賽，是因為我們在不同賽道對應的學術研究和工業應用方面有比較多的前期積累。”呂志鵬說。
團隊成員丁俊文老師介紹，車輛路由問題可以描述為如何為多個車輛合理規劃訪問客戶的順序，要求各車輛從倉庫出發并最終返回倉庫，在滿足容量約束的條件下使得總的行駛時間或路程最短，“當考慮更多實際應用中的需求后可以延伸出各種變種的車輛路由問題，如考慮客戶的配送時間窗、客戶的產品銷量和庫存容量、訂單可拆分等實際應用中的因素，各個賽道的問題便由此而來。”丁俊文說，這些問題看似簡單，但是找到最優方案卻十分困難，已經困擾業界和學界多年。
2021年12月，賽事啟動。參賽前兩個月團隊成員幾乎每天都呆在實驗室，“從第一版算法到我們提交的最后一版算法已經修改了不知多少次，最后核心代碼寫了有2萬行左右。”團隊成員碩士二年級學生李云皓說。這是團隊備賽的常態，該隊碩士三年級學生黃施豪告訴記者，備賽時他們經常是白天修改代碼，晚上進行測試，第二天早上看結果，接著再改。“就是這樣一個不斷優化的過程，賽題都非常具有挑戰性。比如庫存路由問題，我們既要規劃路徑，又要決定各客戶的配送量，還要考慮客戶的庫存管理問題”黃施豪說。
4月9日，賽事成績公布，團隊首戰告捷，并取得大滿貫，帶容量約束的車輛路由問題賽道（CVRP）和可分載的車輛路由問題賽道（SDVRP）獲得冠軍；帶時間窗的車輛路由問題賽道（VRPTW）獲得亞軍和季軍；庫存路由問題（IRP）賽道獲得季軍。
團隊所設計的啟發式優化算法，在邊組裝交叉算子、路徑加權引導的局部搜索、鄰域評估近似篩選策略、多層多階段搜索框架等多項關鍵技術上實現了突破。
團隊交流討論（華中科技大學供圖）
算法系統已落地應用 年輕團隊繼續出發
除了斬獲全球大獎，還有一個喜人的消息，呂志鵬告訴記者，團隊的相關研究已落地應用。其中，在先進制造行業，芯片代工廠中的物料傳送系統的核心問題就是本次競賽的車輛路由問題，需要考慮時間窗、訂單優先級、庫存容量、軌道獨占性等一系列復雜的實際因素。
據了解，這支團隊的成員都十分年輕，除了呂志鵬和丁俊文兩名老師外，學生都是90后，給團隊帶來了諸多青春活力。團隊成員之一的李云皓表示，同學們都十分拼搏，“不只是我們參賽的幾個人，整個實驗室的同學們都很拼，大家經常參加國際國內各類比賽，賽場上比本領。”
呂志鵬告表示，實驗室的研究氛圍比較自由，前期會給學生們安排一些基礎的算法訓練，之后就直接帶他們做一些前沿的算法研究或者參加一些國際算法比賽。“以賽代練，他們可以將平時訓煉的技能靈活運用，能力自然就能得到不斷的提升。”他說。