南郵:數模「三劍客」的登峰之旅

2021-01-10 中國江蘇網

  SIAM獎

  中國江蘇網4月27日南京訊(李心電)得知獲獎消息後,李嘉成第一時間想起了美賽論文提交時曹涵說的那個早晨。當時,曹涵又看了一遍論文,然後仰起頭,笑著對李嘉成和曹涵說:「說不定就是O獎了。」李嘉成清晰地記得,那時,曹涵浮滿笑意的臉上,充溢著朝氣和自信。

  這句話真的應驗了!

  4月初,2017年美國大學生數學建模競賽結果出爐,南京郵電大學的李嘉成(計算機學院、軟體學院信息安全)、曹涵(光電工程學院光電信息科學與技術)、黃飆(海外教育學院)組成的數模「三劍客」,不僅獲得競賽特等獎(Outstanding Winner),而且問鼎美國工業與應用數學學會獎(SIAM AWARD,簡稱SIAM獎)。

  SIAM獎是美國工業與應用數學學會自1988年開始在美國大學生數學建模競賽中設立的獎項,每年獲獎團隊不超過2個,被認為是數學建模競賽中的最高獎項。自設獎以來,獲獎團隊大多來自哈佛、麻省理工等世界一流大學。這是中國大陸高校第十次獲得該獎項,也填補了江蘇該獎項空白。

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  和全國大學生數學建模競賽注重高級方法和準確結果不同,美國大學生數學建模競賽更開放更靈活,更考驗學生應用數學解決實際問題的能力和寫作能力,好的建模創意在其中起著關鍵作用。這也是三個人最看重的,比賽中,他們思維活躍,最大限度結合題目用簡單方法解決問題。

  美賽題目包含A類題和B類題,三位同學互相交換意見和想法後,選擇的是連續型問題A類題,題目是 「Managing The Zambezi River」 (《管理贊比西河》),主要是讓學生通過設計十到二十個較小的水壩群來替代比卡裡巴水壩問題。所以,關鍵的問題在於如何合理建壩。

  因為題目中關於贊比西河和卡裡巴水壩的資料少,找到有關資料成了做好壩群規劃的前提所在。分析題目關鍵後,三人嘗試就掌握的一些資料作第一次建模,方案是直接在卡裡巴水壩區域建立水壩群,並嘗試著編程計算,結果他們發現這一方案困難重重,求解得出的功能數據也沒有比卡裡巴水壩優化。

  三人開始繼續就關鍵信息搜索各種英文資料,主要負責英文資料收集和英文論文寫作的黃飈找到了專門分析雜誌《贊比西流域》和《卡裡巴水壩》和其他一些論文和網文資料,其中,兩本專刊就贊比西河和卡裡巴水壩的環境和狀況有著詳細分析。

  李嘉成和曹涵對材料進行了細緻梳理後,李嘉成發現贊比西河下遊人口密集,供水灌溉壓力大,中遊河流落差大,有維多利亞瀑布,水能資源豐富,上遊則河水泛濫嚴重,根據這樣的特點,他提出了按功能區設置三個壩群,下遊壩群主要供水,中遊壩群用來發電,上遊壩群則主要防洪。

  這一壩群功能區方案得到了一致認可,建模由此完成。之後的求解出的數據也印證了這一方案的可行。得出按照壩群功能區方案,在正常年份,河流的一年中的流量更加均勻,起伏變小。在洪水年份,可以有效的控制洪水的最大流量。而在長期乾旱年份,則可以積蓄比原來更多的供水。

  「和一開始的方案相比,這一方案的編程和問題描述更為簡潔直觀。」 李嘉成認為,正是由於這一方案簡潔實用,且實現程度高,才會脫穎而出。

  為精益求精,比賽最後一晚,大家連夜徵戰論文,曹涵因為邊吃夜宵邊討論問題咬到舌頭而流血不止。英文論文寫好後,曹涵對黃飈擬的論文標題「Joint force in Managing The Zambezi River」有異議,覺得「Join together:Managing The Zambezi River」更合適。一番激烈辯論後,曹涵認可了黃飈的題目,覺得「Joint force in Managing The Zambezi River」更正式,而自己的則偏口語化一點。「當時吵得有點厲害,加上論文快提交了,我都不敢說話」, 李嘉成有點調侃地說。

  提交論文前兩個小時,其他組同學都已結束走人了,三人還再次分工校對圖的序號、表的序號和公式序號,尤其是曹涵,謹慎的他在論文提交前一遍遍調整附錄、確認論文信息,僅文件命名格式和郵箱地址都確認了好幾遍,以求完美。

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  三人的美賽之旅絕非一馬平川。國賽時,李嘉成和曹涵所在團隊只拿到江蘇省一等獎,成績並不理想。在大多數同學保持國賽隊伍參加美賽時,李嘉成和曹涵國賽的另一個隊友,因為要把主要精力放到獲得省重點(國家級)的STITP項目上而放棄了美賽,這讓他們「禍不單行」。

  但韌勁和堅持讓他們決定繼續前行。 「雖然失落,但努力過了,就要堅持。」 曹涵說。「要改變自己,通過努力去實現自己想要的,而且一直要達到自己的目標。」 李嘉成說,「感覺這已是我的一種習慣。」同時拿到2016年國賽和美賽一等獎的大四學生顧善植說李嘉成「是那種有目標就一定要做出來的,比如,我們討論論文,我當時建議他12月份前一定要趕出來,他就真趕出來了。」另外李嘉成出國深造的規劃也讓他更加努力。

  指導老師理學院閆慶倫博士也在積極幫著他們找尋合適人選,「找到合適的隊友很重要,美賽需要全英文寫作,建模和編程非常優秀的兩個人更缺一個英文好的隊友」,閆老師通過讓學生推薦,找到了海外教育學院的黃飆。

  三個人都很優秀,曹涵大一大二連續兩年績點年級第一。李嘉成完成了高考時心願,大一結束時成功轉到計算機學院、軟體學院信息安全專業,是當年光電工程學院成功轉專業的兩個同學之一,轉專業後績點為年級第三。 黃飆學習成績也同樣名列前茅。三個人相見恨晚。

  回顧這次好成績的取得,他們一致認為得益於訓練。南郵每年國賽前和美賽前,各有一次集訓,尤其是國賽前的暑期特訓,前後持續近四十天。培訓時老師給學生直接上題,平均下來四天一道題(三天做題,一天總結)。這樣密集的訓練讓他們收穫滿滿,在模型的積累、算法的積累上飛速上升。對此,他們十分感恩,曹涵笑稱深刻體驗了「被虐出來的樂趣」。

  暑期特訓間,由於要參加一個出國交流項目,他們不可避免要缺席暑訓第二階段前幾天。為了達到訓練結果,三人跟閆老師商量後,用中間休息的10天時間去討論做題。

  黃飆在加入團隊後,擔心比賽中自己寫得不好,趕不上進度,多次找閆老師就資料查找、論文寫作交流,並惡補建模和編程,閆老師也「盯著」他,問有沒有看論文,幫他分析優秀獲獎論文。有一次,黃飈和閆老師從早上七點多開始QQ聊天,一直持續到中午十一點多。

  直到三個人第一次試著訓練,磨合下來,互相才有了底。「大家都做擅長的事情,比想像中好得很多。」 黃飆說,「永遠相信自己,相信隊友。」

  寒假培訓期間,學校沒有了熱水,李嘉成所在宿舍的2層一個人也沒有,由於放假前忘了充電,不敢開空調的他,每天早上醒來都是蜷縮的。但他仍堅持7點前到教室,晚上十點左右回宿舍。

  每次練習三個人不滿足於普通或一般的想法,總是試圖去找一些不一樣的點子。並且他們在解決問題時,多用一些簡單的方法,而不去羅列高深算法。用李嘉成的話說,就是「簡單但實用。」

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  提及之所以能夠獲獎,三位同學非常感恩學校數模團隊,尤其是閆慶倫老師的悉心指導和幫助。

  南郵從上世紀九十年代起,從大一就對全校開放《數學實驗》課,從實踐環節給學生以啟蒙。李嘉成和曹涵就是在課堂上知曉數模並組隊的,大二上學期開始,他們開始每周碰面一到兩次,用一節課左右時間,討論題目看書。

  多年來,南郵理學院數模指導團隊總結了一套指導方法:以學生實戰演練為主,教師輔以引領和指導。每次實戰訓練,學生就像做一個小課題,拿到問題後根據背景收集資料,然後分析問題提出自己的想法。每道題訓練後的講解和集體討論,更讓學生在思維碰撞中開闊了思路。

  國賽指導上,數模團隊強調往題目要點上收,美賽則注重放,這樣的理念已深入學生心中。訓練中,他們一直找尋團隊對於問題獨特思路,而不是借鑑別人很高深很難的創意。「掌握好基本方法最重要,美賽強調創新和實用,借鑑和引用肯定不是評委想看到的。」 李嘉成說。同時,曹涵強調,研究一個問題,要深入進去,也要跳出來。深入才能透徹,跳出才能有更全面的把握。這也是他們做題的理念。

  「認真」「負責」是學生給予閆慶倫老師的評價,不管訓練還是平時,閆老師對學生「看得很緊」,他喜歡和學生QQ聊天,會定時問學生題目進展情況,並就一些問題幫學生答疑解惑。「QQ聊天相對隨意,但正是在隨意中才更好地了解學生的各個情況。」 對於學生的論文他會逐一看,針對問題一組組交流,還會組織大家一起分享好的論文。對於李嘉成團隊,閆老師表示一直看好,「他們有想法,有創意,還能深入進去」他說。

  閆老師還介紹一些優秀的學長給學生分享經驗。顧善植不僅給了李嘉成資料,更就比賽經驗多次和李嘉成交流。李嘉成很用心地把交流的重點內容都截圖保存了下來,這讓顧善植很是感動。在顧善植眼裡,李嘉成目標性強,定了的事就一定會做到。同樣獲得國賽和美賽一等獎的胡健給了曹涵很多指導,把自己收集的資料和一些經驗給了曹涵。

  目前,李嘉成正在準備託福和GRE考試,爭取去國外深造。美賽前幾天,李嘉成還同時在修改一篇會議論文,投稿期限在比賽前兩天,論文現在已經被錄用。曹涵則正準備著上海交通大學夏令營的申請材料,爭取通過努力保研上海交通大學,有時間他還想跟老師做項目。黃飈則想找公司實習,提高自己數據挖掘方面的實踐能力,同時準備託福GRE,爭取去加州大學洛杉磯分校留學。

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