L’Associazione Italiana di Ricerca Operativa (AIRO) organizza annualmente un convegno internazionale. L’ultimo si è svolto dal 30 agosto al 02 settembre 2022 a Firenze. Particolare focus quest’anno è stato messo sulle tematiche di inclusione ed equità, al centro delle quattro plenarie tenute da ricercatori e ricercatrici di fama internazionale. Ce le racconta Alice Raffaele, con un contributo anche da parte degli organizzatori del convegno, Paola Cappanera e Fabio Schoen, dell’Università degli Studi di Firenze.

Dal 30 agosto al 02 settembre 2022 si è svolta a Firenze, presso il Centro Didattico Morgagni, la International Conference on Optimization and Decision Science 2022 (ODS 2022), la conferenza annuale organizzata da AIRO (Associazione Italiana di Ricerca Operativa). ODS 2022 è stata organizzata da Paola Cappanera e Fabio Schoen, rispettivamente professoressa associata e professore ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Firenze.

Gli organizzatori di ODS 2022, Paola Cappanera (la prima da sinistra) e Fabio Schoen (il primo da destra), insieme a Enrico Vicario (al centro), Direttore del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Firenze

Oltre ai tradizionali problemi della ricerca operativa e alle svariate applicazioni in diversi settori (dalla logistica all’economia, passando per sanità e mobilità e tanti altri), particolare focus quest’anno è stato messo sulle tematiche di inclusione ed equità, al centro delle quattro plenarie tenute da ricercatori e ricercatrici di fama internazionale. Vediamo qui di seguito come tali tematiche siano state sviscerate e approfondite dagli speaker invitati, al fine di mostrare come modelli matematici e algoritmi di ottimizzazione possano inglobare, nelle loro formulazioni e istruzioni, vari aspetti legati all’inclusività.

 

Anna Nagurney: riconoscere il valore delle persone lavoratrici

Alla fine del primo giorno della conferenza, nella bellissima cornice del Museo degli Innocenti, la prima speaker è stata Anna Nagurney, Eugene M. Isenberg Chair in Integrative Studies presso il Department of Operations and Information Management della Isenberg School of Management, University of Massachusetts Amherst.

Anna Nagurney al Museo degli Innocenti

Dopo aver dedicato il suo talk a tutti i lavoratori essenziali durante questi ultimi anni di pandemia, e aver rivolto un pensiero a coloro che stanno combattendo per la libertà in Ucraina, Nagurney ha introdotto alcuni dei suoi interessi di ricerca riguardanti la modellizzazione delle reti, in particolare nell’ambito della supply chain. In questi problemi si cerca sempre di minimizzare o massimizzare qualcosa legato ai costi o ai profitti, modellando le varie fasi della filiera produttiva, dall’approvvigionamento delle materie prime alla vendita al cliente finale, passando per le fasi di realizzazione e trasporto.

Ciò che Nagurney e alcuni suoi collaboratori hanno fatto, in alcune recenti pubblicazioni, è stato quello di concentrarsi sulla manodopera, nel senso di focalizzarsi maggiormente sui lavoratori incaricati nelle diverse fasi, includendoli nei loro modelli e applicando tecniche della teoria dei giochi. In un articolo del 2021, pubblicato sull’International Journal of Production Economics, Nagurney ha usato come esempio attuale le reti di supply chain relative alla produzione di device elettronici. In realtà, lo stesso modello può essere applicato anche ai dispositivi di protezione personale e all’equipaggiamento medico. Diversi vincoli relativi ai lavoratori possono essere considerati, come degli upper bound sulla manodopera sui singoli collegamenti della rete, oppure consentire agli operatori di essere riallocati in alcuni o in tutti i tier della rete.

Quali sono state le principali scoperte?

• La scarsità di manodopera, anche in un solo collegamento della rete, rischia di pregiudicare interamente l’operato totale.
• La riduzione della disponibilità della manodopera può provocare l’aumento dei prezzi per i consumatori.
• Equilibrare la manodopera nelle diverse fasi, consentendo ai lavoratori di essere spostati, può essere vantaggioso per una singola impresa, così come per le imprese concorrenti. E ne beneficia anche la resilienza dell’intera filiera produttiva.

Ciò che è fondamentale per garantire la continuità delle operazioni sono delle strategie di mitigazione che tengano conto della qualità del lavoro degli operatori. Questi modelli hanno dimostrato che assicurare sul posto di lavoro, attraverso opportune misure, la sicurezza e la salute dei lavoratori, così come riconoscere loro un salario commisurato alle loro mansioni, ha un forte impatto.

 

Dimitris Bertsimas: un approccio olistico per la medicina

La seconda plenaria è stata invece tenuta da Dimitris Bertsimas, Boeing Leaders for Global Operations Professor of Management, Professor of Operations Research, e Associate Dean for Business Analytics presso la Sloan School of Management del Massachusetts Institute of Technology a Cambridge.

Dimitris Bertsimas (online) al Centro Didattico Morgagni
(foto di Anna Nagurney)

Bertsimas ha incentrato il suo talk su come sfruttare i più recenti progressi dell’intelligenza artificiale per migliorare le previsioni, le diagnosi e le prescrizioni in medicina. In particolare, Bertsimas ha presentato un framework chiamato HAIM (Holistic Artificial Intelligence in Medicine – in italiano, Intelligenza Artificiale Olistica in Medicina) per riuscire a combinare tutte le varie tipologie di informazioni utilizzate dai medici per fare le loro diagnosi, come le scansioni, i report, o i vari database a disposizione. HAIM, tra l’altro, è anche la traduzione ebraica del termine “vita”.

Perché c’è bisogno di un framework unificato? Perché tipicamente, nella cura dei pazienti, si usano vari metodi e tecniche di machine learning, tutti in maniera indipendente rispetto agli altri. Tali metodi possono essere classificati in base al task per cui vengono impiegati, per esempio:

• Image-based: segmentazione o classificazione di immagini;
• Electronic Health Record-based: stratificazione del rischio dei pazienti, analisi di sopravvivenza;
• Electrocardiogram-based: gestione delle malattie cardiovascolari;
• Note-based: natural language processing sugli appunti presi dallo staff medico.

Il problema è che, presi singolarmente i risultati di questi metodi, si rischia di perdere la visione generale sulle condizioni del paziente. I medici devono perciò essere in grado di integrare tutte queste informazioni per formulare una diagnosi. 

Schematizzazione del framework HAIM

Ecco che quindi Bertsimas e i suoi collaboratori hanno progettato HAIM, un’architettura e una metodologia olistica che possono essere applicate in modo universale per risolvere questioni rilevanti in ambito clinico. Per esempio, considerando la previsione della mortalità per alcune malattie, la classificazione delle malattie e le diagnosi, e la previsione sulla degenza di un paziente, Bertsimas e il suo team hanno dimostrato che i risultati ottenuti da HAIM sono molto più accurati delle metodologie applicate per affrontare i tre problemi singolarmente. In particolare, la previsione della mortalità può essere migliorata fino al 33%, la classificazione delle malattie fino al 22%, e la previsione sulla degenza fino al 20%.

Non solo la medicina considera informazioni provenienti da più fonti diverse, anzi. Per questo, il framework HAIM potrebbe trovare facilmente applicazioni anche in altri settori.

 

Dick den Hertog: l’analisi dei dati per un mondo migliore

Durante il terzo giorno di ODS 2022, è stato invece il turno di Dick den Hertog, Professor of Operations Research presso la University of Amsterdam. Assieme a Dimitris Bertsimas, ha ideato e avviato un progetto chiamato “Analytics for a Better World”, per incoraggiare aziende e autorità governative a utilizzare tecniche avanzate per l’analisi dei dati per raggiungere i diciassette Sustainable Development Goals definiti dalle Nazioni Unite nel 2015.

Dick den Hertog al Centro Didattico Morgagni

Durante la sua carriera, den Hertog è stato insignito per ben due volte dell’INFORMS Franz Edelman Award, nel 2013 per la ricerca su come ottimizzare le altezze delle dighe e prevenire le inondazioni, e nel 2021 per la ricerca sull’ottimizzazione della catena di approvvigionamento, trasporto e distribuzione di cibo del World Food Programme. La prima parte della plenaria è stata proprio dedicata a questo problema, che qui su MaddMaths abbiamo già trattato, nell’ambito dei seminari di “ROAR In Azione!”, insieme  ad Anna Melchiori.

Un altro problema presentato da den Hertog, sempre in ambito umanitario, riguardava la scelta ottimale di dove costruire nuovi ospedali nella nazione di Timor-Leste, nell’Asia del sud.

Timor-Leste

L’obiettivo era cercare di massimizzare il numero di persone che potevano raggiungere un ospedale in un raggio di cinque chilometri. Siamo perciò nell’ambito dei problemi di Facility Location. La situazione concreta considerata in Timor-Leste coinvolgeva 15000 possibili luoghi e 40000 abitazioni. Attraverso il solver Gurobi, in meno di un minuto è stato possibile trovare una soluzione ottima.

Centri Ictus in Vietnam (in blu gli esistenti, in rosso quelli nuovi suggeriti dal modello)

Un modello analogo è stato applicato anche per risolvere il problema di posizionamento ottimale dei Centri Ictus in Vietnam. Studiare e risolvere questi problemi reali è rilevante perché se gli edifici sanitari sono meno distanti dai pazienti, questi tenderanno a usufruire di più dei servizi di cura offerti.

Tra i progetti futuri di Analytics for a Better World, den Hertog ne ha menzionato uno riguardante la rimozione ottimale della plastica negli oceani. Nelle sue conclusioni, den Hertog ha sottolineato che l’aspetto chiave per lavorare su questi argomenti è il concentrarsi principalmente sull’impatto che la ricerca può avere sulle persone e sull’ambiente, senza guardare a nessun altro fine.

 

Maria Paola Scaparra: diminuire le disuguaglianze nel Sud-Est Asiatico

A chiudere il ciclo di plenarie l’ultimo giorno della conferenza, venerdì 02 settembre, è stata Maria Paola Scaparra, Professor of Management Science e membro del Centre for Logistics and Heuristic Optimisation presso la Kent Business School. 

Maria Paola Scaparra al Centro Didattico Morgagni

Anche Scaparra, come den Hertog, ha fatto riferimento ai Sustainable Development Goals delle Nazioni Unite, che rappresentano “un invito universale ad agire per porre fine alla povertà, proteggere il pianeta e migliorare la vita e le prospettive di tutti, ovunque”.

Considerando questi obiettivi, purtroppo la situazione in Asia e negli altri Paesi del Pacifico non è per niente positiva: nel 2017, ben 37 criteri su 57 erano indicativi di un progresso insufficiente, e 7 di una situazione addirittura in peggioramento. In particolare, per quanto riguardava azioni per affrontare i cambiamenti climatici, i Paesi del Sudest asiatico non erano riusciti a fare alcun progresso.

Dopo aver introdotto questo contesto, Scaparra si è quindi concentrata su due progetti di ricerca finanziati dai UK Global Challenges Research Fund, uno schema di finanziamenti del governo inglese per progetti in Paesi in via di sviluppo.

Il primo progetto, dal nome GCRF-OSIRIS (Optimal Investment Strategies to Minimize Flood Impact on Road Infrastructure Systems – in italiano, Strategie di Investimento Ottimali per Minimizzare l’Impatto delle Alluvioni sulle Reti di Infrastrutture Stradali), era basato sull’utilizzo congiunto di tecniche di ricerca operativa con modelli provenienti dai settori della meteorologia, idrologia e scienze sociali.

Schematizzazione del progetto GCRF-OSIRIS

Questo approccio multidisciplinare aveva l’obiettivo di cercare di minimizzare l’impatto delle alluvioni nelle aree urbane del Vietnam.  Inizialmente sono stati condotti dei sondaggi in quattro distretti di Hanoi, a cui hanno partecipato circa cinquecento tra residenti e turisti. Si sono tenute in particolare considerazione le informazioni riguardanti le donne e le comunità più povere, che sono generalmente quelle più colpite dalle conseguenze delle alluvioni. Sono stati poi individuati alcuni progetti di mitigazione delle alluvioni su cui investire, come la costruzione di nuovi tombini o serbatoi d’acqua, o il potenziamento di quelli esistenti in termini di capacità. In questo modo si è potuto redigere un piano generale di drenaggio per il periodo 2030-2050. Attraverso delle simulazioni, è stato possibile generare una mappa delle alluvioni nella città di Hanoi.

Considerati tutti questi dati, è stato formulato un modello di ottimizzazione per decidere quali progetti di mitigazione sarebbe meglio implementare per minimizzare i danni e l’impatto delle alluvioni sul traffico. Il modello è stato poi risolto con una metaeuristica.

Tra i risultati principali del progetto c’è stato quindi lo sviluppo di un sistema di supporto alle decisioni per le autorità e tutte le parti locali interessate.

Scaparra è poi passata a parlare del progetto CREST-OR (Improving Community REsilience and Sustainability Through Operational Research Capacity Building in Southeast Asia – in italiano, Migliorare la Resilienza e la Sostenibilità della Comunità attraverso il Rafforzamento delle Capacità di Ricerca Operativa nel Sudest Asiatico).

CREST-OR è stato implementato, oltre che in Vietnam, anche in altri Paesi, come Laos, Cambogia, Myanmar e Indonesia. Si è basato principalmente sullo scambio di conoscenze e risorse tra Paesi più e meno sviluppati, per incoraggiare la ricerca e l’insegnamento della ricerca operativa, nonché l’applicazione dei metodi ad altri problemi sfidanti oltre alle alluvioni, quali il supporto all’economia dopo la pandemia della COVID-19, ma anche la gestione dei rifiuti, l’efficientamento del trasporto pubblico e la congestione del traffico.

Per far questo, CREST-OR ha volutamente coinvolto ricercatori, centri di ricerca, università e istituzioni locali, oltre al team inglese di cui ha fatto parte Scaparra. Attraverso workshop, conferenze, corsi di formazione, CREST-OR ha rafforzato le capacità di ricerca operativa degli esperti locali.

Esempi di attività per rafforzare le capacità di ricerca operativa degli esperti locali nei Paesi del Sudest asiatico

Ciò ha portato alla creazione di una piattaforma, chiamata Southeast Asia Operational Research Network (SEAORN), per favorire il networking, l’apprendimento, la collaborazione e lo scambio di idee, in modo da incoraggiare lo sviluppo sostenibile e la crescita economica dei Paesi del Sudest asiatico.

 

Parola agli organizzatori

Qui di seguito riportiamo i pensieri dei due organizzatori, Paola Cappanera e Fabio Schoen, a distanza di qualche settimana dallo svolgimento della conferenza.

Abbiamo iniziato a lavorare all’organizzazione di ODS 2022 circa un anno prima del convegno stesso e sin da subito abbiamo potuto contare su un team di persone (Comitato di Programma, Comitato Organizzatore, aziende che ci hanno supportato economicamente) entusiaste e propositive! La voglia di ripartire con un convegno “tradizionale”, che per molti di noi sarebbe stato uno dei primi convegni svolti interamente in presenza, era tanta, ed è stato il nostro comune motore. Il tempo speso a intessere relazioni, scambiare opinioni, veder brillare un’idea negli occhi di colleghi e amici durante un coffee break o passeggiando insieme, è impagabile! Ovviamente l’organizzazione del convegno in presenza richiedeva di assumersi qualche rischio in più, ma il “piano B” per passare a una conferenza ibrida era pronto. E, spinti anche dal particolare momento storico che stiamo vivendo, abbiamo pensato che parlare di come la Ricerca Operativa possa essere di supporto per il raggiungimento di inclusione ed equità fosse un tema cruciale.

Adesso, che il convegno è terminato da circa un mese, possiamo dire che in effetti ha avuto un gran successo: numerosissimi i riscontri positivi, oltre 250 i lavori presentati, ancor più elevato il numero dei partecipanti, ben oltre le nostre previsioni più ottimistiche. A tale successo hanno sicuramente contribuito le quattro plenarie tenute da relatori di fama mondiale, centrate sul tema di inclusione ed equità e descritte in questo articolo.

Come in tutti i convegni, non potevano mancare gli eventi sociali che abbiamo organizzato sempre con un occhio al tema del convegno, “Inclusione ed equità”.  Così, per esempio, i coffee break sono stati forniti da Zenzero, una cooperativa attiva nel commercio equo e solidale; le borsine contenenti il kit congressuale sono state realizzate a mano da Flo, una cooperativa sociale che offre opportunità di lavoro a persone fragili; il cocktail di benvenuto è stato realizzato all’Istituto degli Innocenti, uno dei primi centri di accoglienza per bambini; i volontari dell’Associazione Donatori Midollo Osseo (ADMO) sono stati presenti per tutta la durata del convegno con un banco informativo. E, infine, uno degli eventi che ci rende maggiormente orgogliosi è stata una coinvolgente caccia al tesoro che i meravigliosi clown di corsia di Viviamo In Positivo (VIP) hanno magnificamente organizzato: dieci squadre lanciate in un’energica corsa per le vie del centro alla ricerca di indizi e curiosità sui temi di inclusione ed equità nella Firenze rinascimentale alla favolosa luce del tramonto.

 

Per approfondire

Videoregistrazioni

Tutte le plenarie sono state registrate e rese disponibili sulla piattaforma Cassyni di Springer dedicata all’AIRO Springer Series.

Piattaforma Cassyni di AIRO Springer Series

 

Riferimenti bibliografici

• A. Nagurney, “Perishable Food Supply Chain Networks with Labor in the Covid-19 Pandemic,” in: Dynamics of Disasters – Impact, Risk, Resilience, and Solutions, I.S. Kotsireas, A. Nagurney, P.M. Pardalos, and A. Tsokas, Editors, Springer Nature Switzerland AG, 2021, pp 173-193.
  
• A. Nagurney, “Optimization of Supply Chain Networks withInclusion of Labor: Applications to Covid-19 PandemicDisruptions,” International Journal of Production Economics 235(2021), 108074.
• L.R. Soenksen, Y. Ma, C. Zeng, L.D. Boussioux, K.V. Carballo, L. Na., … & D. Bertsimas. (2022). “Integrated multimodal artificial intelligence framework for healthcare applications”. arXiv preprint arXiv:2202.12998.
• R. Brekelmans, C. Eijgenraam, D. den Hertog, & C. Roos. (2014). “A mixed integer nonlinear optimization approach to optimize dike heights in the Netherlands”. Optima: Mathematical Optimization Society Newsletter, (94). http://www.mathopt.org/Optima-Issues/optima94.pdf
• M.P. Scaparra, C.C. Ngo, T.P. Dang & T.H. Tran. (2019). Community perceptions of social, economic and environmental impacts of flooding in central districts of Hanoi, Vietnam. Journal of the British Academy, 7(S2), 137-154.