Как математика помогла составить расписание 5500 поездов в Голландии. И не только
Отрывок из книги Нелли Литвак «Кому нужна математика?»

Профессор математики и мать двух дочерей Нелли Литвак вместе с преподавателем МФТИ и сотрудником «Яндекса» Андреем Райгородским написали книгу «Кому нужна математика?», которая вышла в издательстве МИФ. В книге понятно и просто объясняется, как математика помогает нам в реальной жизни. Мы публикуем отрывок из второй главы «Менеджмент и многогранники».
Расписание движения поездов на голландских железных дорогах
Самая престижная награда в исследовании операций — премия Франца Эдельмана за выдающиеся успехи науки в приложениях. В 2008 году её получили Железные дороги Нидерландов за новое железнодорожное расписание, которое начало действовать в 2006 году.
Нидерланды — маленькая, но густонаселённая страна. На территории размером примерно с Нижегородскую область проживает около 17 миллионов человек. Железные дороги — основа всей голландской логистики. Многие каждый день ездят на поезде на работу. Совещание в другом конце страны — обычное дело. Голландцы — чемпионы Европы по пассажирским железнодорожным перевозкам. В 2006 году Железные дороги Нидерландов перевезли 15,8 миллиарда пассажиров.
До 2006 года действовало расписание, составленное в 1970 году. Перевозки увеличивались, составы постепенно удлинялись, а где возможно, добавлялись новые поезда. Пока наконец к началу 2000-х увеличивать перевозки в рамках старого расписания стало невозможно. Прокладывать новые пути фактически тоже не возможно из-за их безумной дороговизны, да и просто нехватки земли. Железнодорожные пути в Нидерландах строились и расширялись очень мало ещё со времён Второй мировой войны.
Задача, которая встала перед менеджментом железных дорог, — обеспечить требуемый объём перевозок при имеющейся инфраструктуре
Как это сделать? В 2002 году было решено составить новое расписание.
Расписание железных дорог — дело очень сложное. Нужно, чтобы два поезда одновременно не претендовали на один и тот же участок рельсов. Маршруты с пересадками тоже должны быть удобными, без получасового ожидания на платформе. Кроме того, нужно распределить пути прибытия и отправления на каждой станции, определить количество и тип вагонов для каждого состава, составить расписание кондукторов и машинистов. И всё это для 5500 поездов в день!
Над задачей работала целая команда математиков. Каждый этап составления расписания требовал новой модели и новых подходов. Некоторые задачи, например распределение путей прибытия и отправления, после нескольких шагов предварительной подготовки удалось решить с помощью пакета CPLEX. Задача расписания движения поездов упрощалась благодаря цикличности: поезда отправляются в одно и то же время каждый час. Но даже в этом случае коммерческие пакеты оказались бессильны. Справиться с задачей помогли новые математические идеи. Внедрение не сразу прошло гладко. И всё же теперь больше поездов перевозит больше людей по тем же рельсам. Пассажиропоток увеличивается, но расписание по-прежнему справляется. В рамках старого расписания это было бы невозможно.
Что такое оптимальное решение
Если вы недавно посещали Нидерланды, то последний раздел вас мог удивить. Железнодорожное движение далеко от совершенства. Мелкие (и крупные) задержки случаются сплошь и рядом. Пересадки порой очень короткие, их легко пропустить при малейшем опоздании. Поезда часто переполнены, особенно вагоны наиболее популярного второго класса. Далеко не все обрадовались новому расписанию. Влиятельная голландская газета NRC Handelsblad писала:
«Это единственная форма высшей математики, которая вызвала в обществе такую бурю эмоций».
Александр Схрейвер, знаменитый голландский математик, один из лучших в мире специалистов по оптимизации, играл ведущую роль в составлении нового расписания. Критика журналистов его не очень взволновала. В одной из статей, рассчитанной на широкую публику, он пишет:
«Что определяет оптимальность? Комфорт пассажиров? Общий доход? Расписание персонала? Циркуляция материалов? Или пунктуальность? Каждый из этих аспектов сам по себе уже трудно оценить. Но даже если удастся, как взвесить эти факторы по отношению друг к другу?».
Очень важно понимать, что оптимальное решение вовсе не означает решение идеальное. Оптимизация происходит с массой ограничений, и пожелания к решению противоречат друг другу. Например, максимальное количество пассажиров и дешевизна перевозок противоречат максимальному комфорту. Оптимальное решение — это лучшее, что мы можем сделать при заданных ограничениях и приоритетах.
В реальных задачах необходимо, чтобы математики и менеджеры сотрудничали и прислушивались друг к другу. Менеджеры должны уметь расставить приоритеты и обозначить ограничения. Математики должны уметь не только запустить в ход свои многогранники, но и вникнуть в особенности данной задачи. И тогда мы получим новые красивые результаты, которые воплотятся в значительных проектах. Как написал авторам сам Схрейвер: «Это был масштабный проект, но за ним стояла очень интересная, чистая математика». А свою статью он закончил словами: «Математика железных дорог пока далека от совершенства».
Популярные комментарии
ОльгаВижу огромный провал в подходе к обучению у школьных учителей. Мне вот интересно, они это делают специально? Ведь те же самые учителя потом занимаются репетиторством. Может им просто выгодно плохо учить в школе? Иначе к репетиторам никто обращаться не будет? Вот только как мотивацию учиться детям возвращать, которую они же и растоптали? У сына в школе очень плохо преподают математику. Вот так им не повезло. Каждый год новый учитель. Причем последняя сама занимается репетиторством. И мы выяснили, что мотивы ее плохого преподавания в нашем классе предельно просты: никто не обратился к ней за платными дополнительными уроками. А как я к ней обращусь, если я вижу, что она или не умеет или не хочет научить? Сын мне сказал: «Ненавижу математику, учительница мне сказала: если стоит тройка, значит заслужил и больше, чем на три ты все равно не знаешь. И исправлять она вообще никому ничего не разрешает. И какой смысл тогда вообще пытаться что-то исправить? Все равно уже тройка стоит» Пошли к репетитору, она еще меня учила в школе давным-давно. Так она вообще сначала не поняла, зачем мы пришли. Говорит: «Мальчик хорошо соображает, ему только уверенности побольше и кое-какие правила подучить. А провалов особых у него нет, он просто теряется из-за неуверенности в своих силах. Может вам и не надо дополнительно заниматься?» Посмотрела, как она ведет занятия, вспомнила свои школьные годы… И мне интересно: их сейчас в педвузах специально учат детей ломать так, что им становится все равно?
«Просто не хотелось, устал»: 6 способов вернуть мотивацию подростку, которому «всё равно»
Зинаида БарыкинаГосподи, это так смешно, там много мошенников и нехороших дядек, которые хотят встречаться с 8ми летками. Я недавно статью видела, правда она 2017 года, но тем не менее!!! Я вот запрещаю своим детям скачивать «Roblox», чтобы потом по заброшками не шатались и не гавкали на мать родную, а то возомнили.
5 родительских вопросов про Roblox: что это за игра, на что там тратят деньги и почему ее запретили в России
ВековойСпасибо! Дано точное описание государственной школьной педагогики принуждения, от которой опытный учитель старается отойти и вводить разрешённые приёмы педагогики выбора. Добавлю к этому, что и родитель должен по возможности снижать негативное влияние школьной практики принуждения к учёбе https://mel.fm/blog/menedzhment-rynochny/56382-kak-gubyat-talanty
«Просто не хотелось, устал»: 6 способов вернуть мотивацию подростку, которому «всё равно»




