Nieuwe wegen in stochastiek en optimalisatie

Getalenteerde jonge wetenschappers krijgen van nwo vijf jaar lang jaarlijks zo'n drie ton om hun `dwarse' ideeën uit te voeren. Zes van hen worden geportretteerd in een zomerserie.

Deel 5: De econo-metriste Gül Gürkan.

Ver van de drukke randstad: een parkachtige campus, rust, alleen voetgangers en fietsers tussen gazons en berkenbomen. Gül Gürkan (32) werkt op de afdeling Econometrie, op de negende verdieping van het B-Gebouw van de Katholieke Universiteit Brabant in Tilburg. Haar specialisatie is 'Operations Research'. In het Engels vertelt ze: ``De meeste onderzoekers werkten hier op het gebied van de logistiek hoe je producten distribueert, hoe je inventarisatie- en productieplanningen maakt.''

Haar onderzoek gaat over het nemen van beslissingen onder onzekere omstandigheden. ``Ik kijk naar het totale systeem. Machines zijn onbetrouwbaar, laten het soms afweten en moeten gerepareerd worden. Ook is er onzekerheid of bijvoorbeeld voorraden wel binnenkomen. Dan moet je simuleren en parameters invoeren om het bedrijf succesvol te laten functioneren. Hoe snel moet je machines laten werken, hoeveel reserve-capaciteit moet je hebben opdat de productie niet stilvalt, dat soort zaken.'' Haar subsidievoorstel voor het NWO had als ondertitel: 'Solving Stochastic Optimization Problems and Equilibrium Models via Simulation.' ``Stochastiek'', zegt ze ``houdt in dat je iets niet zeker weet, dat er sprake is van toeval, willekeur en dat je iets alleen bij benadering kunt bepalen. Het staat tegenover determinisme, waarbij je kunt uitgaan van vaste waarden je weet bijvoorbeeld dat de bus iedere twee uur gaat.''

Om duidelijk te maken op welke toepassingen haar onderzoek betrekking kan hebben, zegt ze: `'Het vliegveldverhaal in mijn NWO-voorstel illustreert dat onzekere factoren inherent zijn aan veel situaties, waardoor je niet alles nauwkeurig kunt berekenen. Daardoor zijn er uit verschillende perspectieven, verschillende partijen die in zo'n complexe situatie participeren, problemen qua besluitvorming op technisch en beleidsniveau.'' In haar voorstel beschrijft ze het grote aantal variabelen op micro- en macroniveau en qua logistiek, waarmee een complexe organisatie als een vliegveld te maken heeft: aankomende en vertrekkende passagiers, hulpmiddelen, brandstof en bagage die op de juiste plekken terecht moeten komen, zodat vliegtuigen veilig en op tijd kunnen vertrekken. Daarnaast zijn er onzekere factoren, die het functioneren bemoeilijken, zoals het weer en stakingen.

Haar collega Anja de Waegenaere, universitair docent Operations Research, loopt de kamer binnen en vertelt desgevraagd: ``Gül Gürkan zoekt technieken om optimaliseringproblemen op te lossen als de beste oplossing moeilijk te berekenen is. Stel je hebt een concreet probleem en je moet kiezen uit een aantal alternatieven, dat zelfs oneindig veel kan zijn, maar voor elk van die alternatieven kun je niet exact zeggen wat ze opleveren. Voor deterministische problemen bestaan al technieken, maar Gül Gürkan richt zich op problemen die lastiger zijn, omdat het eindresultaat niet exact te berekenen is. Door middel van simulatie, kansberekening en met algoritmen probeer je de gevolgen van beslissingen te bepalen. Zo heeft ze een studie gedaan naar opties, die je binnen twee jaar mag uitoefenen. Ze heeft het rekenwerk dat komt kijken bij de optimaliseringtechniek met simulatiemethoden weten te reduceren. Eenzelfde methode heeft ze toepasbaar gemaakt op problemen rond evenwichtmodellen.''

Gurkan: ``Het woord optimalisering gebruiken we vooral als er sprake is van één persoon, die de baas is en alle beslissingen neemt. Van equilibrium, evenwicht, is sprake als er meer partijen zijn. Bijvoorbeeld met betrekking tot een evenwichtsprijs in een spel van vraag- en aanbod met bijvoorbeeld twee bedrijven die ongeveer even sterk zijn, die op dezelfde markt opereren en aan dezelfde klant proberen te verkopen. Ze moeten rekening met elkaar houden, de beslissingen van de één beïnvloeden die van de ander. Zo heb ik gewerkt aan een toepassing op energieplanning, de natuurlijke gasmarkt. Er zijn meer producenten actief, die over verschillende productiemethoden, reserves en transportmiddelen beschikken. Om te weten hoe ze de komende twintig jaar moeten investeren, heb ik verschillende evenwichtmodellen gemaakt, uitgaande van een fluctuerende prijs en het stoppen van een van de producenten vanwege oorlog of uitgeputte reserves.''

Ze praatte, om te kijken of haar ideeën realistisch waren, met onderzoeksinstituten, bijvoorbeeld van de Stanford Universiteit in Californië. ``Zij vertelden me hun problemen en ik probeerde mee te werken aan oplossingen. Voor dit soort problemen kun je deels technieken toepassen uit de deterministische optimalisatie. Sommige bestaan al, andere hopen we de komende vijf jaar te generaliseren.''

Zou ze kunen omschrijven wat er `dwars' is aan haar onderzoek? Gül Gürkan: ``Ik vermoed dat NWO deze subsidie heeft gegeven, omdat ik eerder zinvol onderzoek heb verricht. Dat was nogal riskant, omdat je tevoren niet wist of het succesvol zou zijn. Ik denk dat dit soort onderzoek waardevol en vruchtbaar is de harde wetenschappen worden ingezet om de sociale wetenschappen te ondersteunen. Ik probeer dat met behulp van recent ontwikkelde technologie, met name door via simulatie op de computer de werkelijkheid zo goed mogelijk te benaderen. Het werkt in mijn voordeel dat ik goed op de hoogte ben van simulatietheorieën. Ik weet wat je wel en niet kan doen en welke simulatiehulpmiddelen er zijn om stochastische optimalisatieproblemen en evenwichtmodellen op te lossen.''

Daarnaast leerde ze voor voor haar Ph.D. deterministische technieken zinvol toepassen op stochastisch gebied. Ze is dus op de hoogte van vier elkaar overlappende gebieden: simulatie, deterministische optimalisatie, stochastische modellen en speltheorie, dat nauw verwant is aan evenwichttheorieën. ``Men is meestal gespecialiseerd in één van deze gebieden en hooguit één randgebied. Ik verkeer in een unieke positie, zit overal middenin en kan zien wat bruikbaar is van andere specialismen. Maar dat is ook riskant. Als je overal armen en benen in hebt, ben je tegelijkertijd nergens echt specialist in. Ben je dan nog in staat voldoende diepte te bereiken?''

Wat haar studiekeus betreft heeft ze geluk gehad. ``Mijn vader was academicus met een goed zicht op allerlei beroepen. Hij legde zijn wil niet op, maar probeerde te begrijpen wat ik wilde. Ik ging industrial engineering studeren. Operations Research is daar een onderdeel van. Vrienden van me zijn op heel verschillende posities terechtgekomen, zoals in de bankwereld en het bedrijfsleven. Na mijn studie aan de universiteit in Istanbul ging ik in 1991 naar de VS en heb vijf jaar in Madison-Wisconsin gewerkt, waar ik mijn Ph.D. deed. In 1996 ben ik naar Nederland gekomen.''

Gevraagd naar het nut van haar onderzoek zegt ze: ``Het zijn grote woorden, maar ik probeer de maatschappij te helpen om te gaan met een wereld die steeds ingewikkelder wordt, met de complexiteit van veel besluitvorming. Je bent daarbij overigens sterk afhankelijk van de ontwikkelingen in wetenschap en technologie. Bij de stochastische evenwichtmodellen waren tot voor kort theorieën, noch computertechnieken toereikend. Een probleem, en dat speelt niet alleen in Nederland, is een gebrek aan samenwerking tussen wetenschap en de industrie. Hier in de opleiding wordt er wat aan gedaan. De eindscriptie van studenten moet betrekking hebben op een concrete toepassing. We zijn ook het `Centre for Applied Research' begonnen, dat probeert academische specialisten te laten samenwerken met de industrie.''

Het geld van de subsidie gebruikt ze vooral om twee aio's aan te nemen, medewerkers te vinden. ``Het is moeilijk goede mensen te vinden in Nederland, ze zijn wel goed opgeleid en intelligent, maar weinigen zijn geïnteresseerd in een Ph.D.. Ik heb een week rondgekeken op goede Turkse opleidingen, maar veel jongeren daar gaan liever naar de VS. Qua geld voor fundamenteel onderzoek is de Nederlandse situatie indrukwekkend in vergelijking met Turkije. In de VS is veel geld, maar dat gaat vooral naar korte-termijninvesteringen.

``Wat ik over vijf jaar bereikt hoop te hebben? Dat we geavanceerde technieken en modellen hebben ontwikkeld. Bij dit onderzoek is het beste resultaat een goede theorie die ondersteunend werkt, en in aansluiting daarop enkele numerieke tools zodat je praktische problemen beter kunt oplossen. Hopelijk kunnen we dan zaken oplossen waar we nu alleen maar over kunnen dromen, zoals bij optimalisatiesimulaties dat ze de realiteit dichter benaderen.''

Bij het onderdeel evenwicht moet nog een bepaalde denkwijze ontwikkeld worden, zegt Gül Gürkan. ``Dat moet in modellen worden ondergebracht. Bij optimalisering is het al meer uitgekristalliseerd, maar moeten de theorieën en de praktijk nog verder worden uitgewerkt. Het wordt steeds spannender, omdat computers steeds krachtiger, sneller, efficiënter worden en meer geheugencapaciteit krijgen. Daardoor kunnen we meer doen.''