History of operations research — 运筹学的发展

运筹学的发展

运筹学 (OR) 是一个跨学科领域，应用科学方法来分析和优化复杂的决策系统。它的形成与发展，与在有限资源条件下解决战略和战术问题的需求密切相关，从早期在管理中应用科学方法，演变为与计算机技术和数据分析相结合的现代科学。

前提与早期工作（二战前）

尽管运筹学在后来才正式形成，但其根源可以追溯到早期将科学分析应用于组织和管理问题的尝试。

• 科学管理：19世纪末至20世纪初，弗雷德里克·W·泰勒（自1885年起）为生产方法的科学分析奠定了基础。亨利·L·甘特开发了工作计划和调度方法（参见甘特图），从而最大程度地减少了延误并优化了设备负荷。
• 排队论：1917年，丹麦数学家A. K. 埃尔朗发表了一篇关于电话流量和高峰期延迟的论文，为排队论奠定了基础。他的方法被英国邮政服务采纳，用于计算容量。
• 库存管理：经济订货量模型（EOQ）已成为库存管理中的经典模型，其创立归功于F. W. 哈里斯，他于1915年发表了他的著作。
• 营销分析：在20世纪30年代，美国天文学家H. C. 莱文森将科学分析应用于商业问题，研究了购买习惯、对广告的反应以及环境对销售的影响。
• 工业革命：工业规模的扩大、机器替代体力劳动以及管理职能（规划、采购、生产、销售）的复杂化，导致了管理劳动的分工，并产生了优化复杂系统的需求。

学科的诞生：第二次世界大战

运筹学作为一门科学学科的正式诞生，发生在第二次世界大战期间的英国。军事领导层聘请科学家研究空中和地面防御的战略和战术问题。

由曼彻斯特大学教授帕特里克·布莱克特领导的团队，即著名的“布莱克特圈”（Blackett's Circus），发挥了关键作用。这个跨学科团队包括生理学家、数学物理学家、天体物理学家、一名军官、一名测量员、一名物理学家和多名数学家。他们的目标是找到有限军事资源的最有效分配方式。

早期运筹学的应用包括：

• 高效使用新型雷达。
• 英国皇家空军飞机的作战任务分配。
• 确定搜索潜艇的最佳方案。

“运筹学”（operations research 或 operational research）这个名称的由来，是因为团队研究的是军事“行动”（operations）。这些工作的成功促使英国其他武装部队也成立了类似的团队，并将该方法论推广到盟国——美国、加拿大和法国。尽管运筹学起源于英国，但美国很快便占据了领先地位。美国的运筹学团队为制定水雷战策略、新的飞行模式以及海上布雷规划做出了贡献。

战后发展与制度化

运筹学在军事应用中的成功吸引了寻求解决其问题的工业管理者的注意。然而，运筹学在英国和美国的发展路径有所不同。

• 在英国： 严峻的经济形势要求大幅提高生产效率。关键工业部门的国有化为运筹学的应用拓宽了领域，使其迅速从军事领域扩展到政府、工业和社会经济规划。
• 在美国： 受英国成功的影响，运筹学的国防应用持续增长。然而，工业部门采纳运筹学的速度较慢，因为许多运筹学专家仍留在军队服役，而工业家在和平时期并不总能看到新方法的必要性。在美国，运筹学以不同的名称发展，如：operational analysis（作战分析）、operations evaluation（作战评估）、systems analysis（系统分析）、system evaluation（系统评估）、system research（系统研究）、management science（管理科学）。

推动进一步发展的关键因素包括：

• 自动化与计算机： 第二次工业革命始于约1940年代，随着商用电子计算机的出现，为运筹学提供了必要的计算工具。没有计算机，解决复杂的运筹学问题是不可能的。
• 学术认可： 1950年，运筹学作为一门课程被引入美国大学，对数学、统计学、商业、经济学、管理学和工程学的学生越来越重要。
• 专业学会： 为协调工作和推动学科发展，成立了以下组织：
  • 1950年成立的美国运筹学会（Operations Research Society of America, ORSA）
  • 1953年成立的管理科学学会（The Institute of Management Sciences, IMS）
• 专业期刊： 出现了诸如 Operations Research、Opsearch、Operational Research Quarterly、Management Science、Transportation Science、Mathematics of Operations Research 等出版物。

关键方法与思想的发展

战后时期，许多运筹学的基础方法得到发展和完善：

• 线性规划： 1947年由乔治·丹齐格开发的单纯形法。
• 排队论： 埃尔朗方法的发展。
• 博弈论： 战略互动分析。
• 库存管理： 发展了哈里斯思想的模型。
• 仿真建模： 利用计算机分析复杂系统。
• 网络规划： CPM 和 PERT。

系统方法对运筹学方法论产生了重要影响，该方法由罗素·艾可夫等学者积极推动。

参考文献

• 叶·С·文策尔。《运筹学：任务、原则、方法论》。— 莫斯科：科学出版社，1988年。— 208页。
• Р. 艾可夫，М. 萨西尼。《运筹学基础》。— 莫斯科：和平出版社，1971年。— 534页。
• Hillier, Frederick S.; Lieberman, Gerald J. Introduction to Operations Research. — 11th ed. — McGraw-Hill Education, 2021. — ISBN 978-1260295069.
• Taha, Hamdy A. Operations Research: An Introduction. — 10th ed. — Pearson, 2017. — ISBN 978-0134444017.
• Operations Research // Encyclopedia Britannica. (链接)

另见

• 运筹学
• 系统分析
• 优化
• 数学建模
• 决策论
• 线性规划
• 排队论
• 仿真建模