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El sastre de la optimización matemática

viernes 27 de marzo de 2020 - 08:56 GMT+0000

Juan José Salazar, fotografiado en las dependencias de las Escuela Superior de Ingeniería y Tecnología.

Como cada 11 de marzo, la Universidad de La Laguna entregó, durante su acto del Día Institucional, una serie de premios que reconocían la labor de los diferentes colectivos de la institución. El de investigación recayó en el catedrático en Informática e Investigación Operativa Juan José Salazar González, por una prestigiosa trayectoria que le ha llevado a ser, según ciertos ránquines, el quinto investigador más relevante de España en su campo. Al igual que hizo con la ganadora de este premio en 2018, la química Elena Pastor, y en 2019, la jurista Margarita Ramos, el Gabinete de Comunicación lo entrevistó para repasar su trayectoria científica. La conversación se realizó mediante videoconferencia durante los primeros días de confinamiento tras la declaración del estado de alarma por el COVID-19 lo cual, irónicamente, quizás, se trata de una manera de lo más adecuada para charlar con un experto en Informática. 

Tras licenciarse en Matemáticas en la Universidad de La Laguna, hizo el doctorado en la Universidad de Bolonia. ¿Por qué decidió ir a Italia?

Primero quería ir a Estados Unidos, tenía algún contacto, pero no pudo ser. En aquel  momento había un profesor de Bolonia que visitaba la Universidad de La Laguna con el Programa Erasmus -era el comienzo del programa europeo de movilidad en 1989- que me invitó a un curso en Italia a comienzos de los 90. Fui, me ofreció trabajar con él, encontré el Real Colegio de España en Bolonia, pedí la beca y logré entrar.

El Real Colegio tiene seiscientos cincuenta años y es sobre todo para españoles que han estudiado Derecho. Fui el primer matemático que logró entrar porque creo que lo vieron como una forma de enriquecer su colectivo (me aceptaron un poco por curiosidad, supongo).

¿Sobre qué era su tesis?

El profesor italiano que me invitó a ir era de Ingeniería y yo fui por Matemáticas, así que mi tesis era de Matemáticas aplicadas a la Ingeniería y, más concretamente, al diseño de rutas para vehículos.

A su vuelta, hizo un segundo doctorado, en Informática.

A principios de los 90, ser titulado en un país y en otro era muy diferente. Yo traía una serie de documentos legales que validaban mi título de doctor en España, pero aún así, se me recomendó continuar trabajando en un doctorado español y lo hice ya en la Universidad de La Laguna. Y como no podía ser también en Matemáticas (porque yo ya era doctor en esa disciplina), lo hice en Ingeniería Informática.

O sea, que si hubiera hecho el doctorado en Italia unos años después, a lo mejor no tendría que haber realizado ese segundo doctorado.

Efectivamente. Hoy en día el reconocimiento del Título de Doctor es automático en toda Europa. Pero hace treinta años, no.

Uno de los hitos destacados el informe para la concesión del premio es que usted tiene un altísimo índice de citas y está entre los cinco especialistas españoles en su campo. 

Existen varios ránquines científicos y en uno de ellos, que se hace en España, estoy el quinto. Pero las comparaciones son delicadas. Comparar investigadores es como comparar deportistas: si comparamos futbolistas y gente que hace hockey sobre hierba, una persona puede ser muy buena en hockey pero es muy difícil que vaya a tener un impacto mayor que un futbolista en nuestra sociedad. 

Ha desarrollado su investigación a través de su Grupo de Optimización Matemática Aplicada, GOMA.

Me siento bastante orgulloso de GOMA. Debe tener en torno a 20 años y, desde su creación siempre hemos tenido proyectos nacionales de investigación, algún que otro proyecto europeo y también diversos autonómicos, junto con convenios y contratos. Siempre hemos tenido financiación del Ministerio y becas FPI.

En proyectos, durante estos años han logrado alrededor de un millón de euros de financiación.

Si miramos los euros, nunca en Matemáticas lograremos ponernos al nivel de otras materias. No consumimos reactivos, no usamos probetas, nuestros equipos principales son el lápiz y el papel. Pero es verdad que hemos recaudado dinero, principalmente con proyectos europeos porque pagan muy bien los recursos humanos, no así los nacionales y autonómicos, en donde se da más el “becario precario”. En nuestro caso, ese dinero ha pagado programadores, matemáticos… nunca para grandes equipos, porque utilizamos ordenadores personales modernos.

¿Pero, para ciertos cálculos muy complejos, no son necesarias grandes infraestructuras informáticas?

Quizá para grandes desafíos científicos puede que sí. Pero nosotros tratamos de no usar recursos muy extraños: cuanta más memoria ahorres y más optimices cada línea de código, mejor. Creo que tener los recursos limitados aviva mucho el ingenio.

Los ordenadores personales de gama media-alta son los que utilizan las empresas que nos contratan. Binter o Titsa son empresas de ámbito local que no tienen centros de cálculo de altas prestaciones como la NASA, y nosotros desarrollamos herramientas para que ellos puedan afrontar en sus ordenadores  problemas cotidianos: rutas de vehículos, turnos de servicios…

Otro hito de su trayectoria es el software TEIDE para refinamiento de estadísticas.

El Instituto Canario de Estadística (ISTAC) nos contrató para depurar encuestas. Sus encuestadores salen a la calle y alguien les dice que tiene trece años y que su estado civil es divorciado. Ahí hay algo mal: o la edad, o el estado civil; saber detectar con reglas de coherencia dónde hay errores y luego el imputarlos es un problema de optimización. Es como tener un punto fuera de una región factible y hay que proyectarlo dentro: es un problema de geometría y nosotros lo enmarcamos dentro de un software pensado para ser usado en el ISTAC, sobre ordenadores normales, con una interfaz gráfica y un nombre amigable: TEIDE viene de Técnicas de Edición e Imputación de Datos Estadísticos.

Fue financiado por el ISTAC y rindió bastante entre 2004 y 2012. Tuvo bastante éxito en varios institutos de estadística de España (Andalucía, Baleares, Cataluña…) e incluso en el extranjero (Alemania y México). En 2012 llegó la crisis y los institutos dejaron de tener financiación para contratar servicios externos. TEIDE se sigue utilizando hoy, pero nosotros ya no nos encargamos de adaptarlo. Ahora es software libre.

Háblenos de sus cuatro grandes líneas de investigación. La primera es la  confidencialidad estadística.

En un proyecto europeo para Eurostat, trabajamos en la anonimización de datos: Un instituto de estadística publica tablas que pueden mostrar el número de personas en una profesión y su nivel de ingresos. Puede pasar que en una región solo hay una persona dedicada a una profesión. Si se publica esa tabla, se está mostrando el ingreso de un individuo concreto, y eso la legislación de protección de datos obliga a protegerlo. Incluso si en una tabla se ocultan ciertas celdas, como muestra totales, alguien puede deducir su valor restando. Hay que hacer algo más. Por eso hemos desarrollado algunos modelos matemáticos para hacer ese “algo más”: métodos de supresión de celdas, técnicas de redondeo, técnicas de perturbación de datos. Desarrollamos varias metodologías, las pusimos en un software y Eurostat se encargó de difundirlo por todos los países de la unión Europea y terceros países, como Australia y Canadá. Adicionalmente, nos permitió publicaciones en revistas científicas de alto impacto que han recibido numerosas citas.

La segunda línea es la depuración de encuestas, que imagino que será todo lo relacionado con TEIDE.

Efectivamente. Se trata de limpiar los registros incoherentes en las estadísticas. Como explicaba antes, los registros coherentes están en una región factible, y los raros están fuera. La idea es hacer una proyección matemática de fuera hacia adentro, sin distorsionar la realidad. Es otro problema de optimización.

La tercera línea de investigación sería control operacional. ¿A qué se refiere?

Llevamos tiempo trabajando para Binter en el diseño de los turnos para pilotos y aviones. Conociendo los aproximadamente 180 vuelos que hace la compañía cada día, los repartimos entre los 20 aviones que tiene y sus tripulaciones, de manera que sean realizables y cumplan las normas sindicales, de la empresa y del Ministerio de Fomento, de manera que los aviones cumplan sus mantenimientos y otras obligaciones. 

Queremos minimizar los tiempos de espera, los costes de aviones y de pilotos. Lo que hacemos es conectar un servicio con otro: definir si el piloto que llegó de Las Palmas se queda esperando para luego continuar con el vuelo a La Gomera o con el vuelo a La Palma o si se va a su casa. Comenzamos esta colaboración con Binter en 2010. Hemos tenido periodos de menor actividad porque la crisis también afectó a la empresa. Pero en los últimos meses hemos vuelto a retomar la relación. Ahora hay más vuelos, nuevos operadores y rutas, incluso hay más tipos de aviones, porque a los ATR 72 se han unido nuevos aparatos a reacción.

Nosotros, con los datos que nos mandan, estamos desarrollando una herramienta que les construye los turnos de servicio. Somos un poco como “sastres”: fabricamos a media herramientas informáticas que se incorporan a sus sistemas de gestión de la información, con la ventaja adicional de que se quedan con el código fuente y, en el futuro, pueden continuar modificándolo ellos mismos si quieren. 

Muchos de los becarios que han trabajado con nosotros han acabado siendo absorbidos por Binter. Y cuando les surge otro problema, nos vuelven a contratar, volvemos a formar nuevas personas, crear nuevas herramientas a medida, y ellos vuelven a contratar a la gente que nosotros hemos formado. Hay un enriquecimiento mutuo y nos pasa no solo con Binter: muchas de las personas que hemos formado y que no se deciden por seguir con el doctorado, han acabado en distintas empresas, dentro y fuera de Canarias, porque los turnos de servicio no son algo específico de Binter, sino algo típico de cualquier compañía con muchos recursos humanos. 

El último aspecto en el que se ha especializado es en la investigación sobre rutas de vehículos.

Digamos que esa es nuestra temática principal. Ya la tesis que hice en Bolonia fue, precisamente, sobre rutas de vehículos. Y ahí es donde hemos trabajado bastante a nivel internacional. El 50% de nuestras publicaciones ha sido en revistas como Transportation Science o similares, donde se publican trabajos relacionados con el diseño de rutas para vehículos. 

Los turnos de servicio de los que hablábamos antes se pueden ver como rutas, porque cuando nosotros le decimos a una tripulación “has hecho este vuelo y ahora haz este otro”, de alguna manera lo estamos “enrutando”. Nuestra temática principal son los problemas de recogida y entrega de una o varias mercancías o personas, con uno o varios vehículos, con uno o varios depósitos, con o sin ventanas temporales, etc. GOMA se centra, sobre todo, en esta temática, aunque también hacemos alguna cosas diferentes. Por ejemplo, ahora tenemos un proyecto con el Instituto de Astrofísica de Canarias para la secuenciación de un dispositivo, el EMIR, que está integrado dentro del gran telescopio Grantecan. Dicho dispositivo tiene que hacer un conjunto de visitas de estrellas para observarlas. Es verdad que ahí no se mueve un camión, sino un dispositivo que va recorriendo el cielo. Pero desde el punto de vista matemático, es un problema de rutas de vehículos. 

Hoy en día la logística ocupa un lugar muy importante: en los terminales de contenedores de los puertos; en la recogida de basura de las ciudades; en las ambulancias que tienen que recoger dependientes para llevarlos al hospital, con recogidas a horas concretas… Todas esas son situaciones en las que interesa afrontar problemas de optimización que desde el punto de vista matemático, no cambian demasiado.

Por ejemplo, hoy tenemos que minimizar la contaminación, las emisiones de CO2, por lo que saber elegir la velocidad, el momento y la ruta adecuadas para que no todo el mundo vaya por la misma calle, ha cobrado importancia. Y más ahora que se está tratado de implantar la conducción automática de los vehículos. En ese caso, además de la velocidad o el itinerario, hay que tener en cuenta que son vehículos alimentados por baterías eléctricas y, por tanto, la ruta que pueden hacer no es ilimitada; hay que prever recargas en ciertos momentos. Todo esto ha traído a la logística nuevos problemasdesafiantes y de mucho interés en Matemáticas.

Salazar, recibiendo de manos de la Rectora el Premio Institucional de Investigación.

Imagino que la colaboración con otras disciplinas será muy importante.

Sí. De hecho, creo que nuestra interacción con los ingenieros de Informática es la que nos pone los pies más en la tierra, porque son ellos quienes dan visión y uso a nuestros modelos matemáticos. También hemos publicado cosas conjuntamente con investigadores de Economía, porque junto con ellos logramos analizar resultados y evaluar si un modelo matemático va bien o va mal. El modelo en sí siempre va a ir bien en su mundo, en la Matemática. Pero cuando debe solucionar un problema real, lo que hacemos es tomar una foto de la situación real, poner un modelo en un mundo abstracto, hacer nuestro desarrollo y terminar con unas conclusiones que debemos evaluar para ver si realmente van bien. Y en esa valoración, es la gente de Económicas la que nos ayuda a predecir el impacto de la solución propuesta.

También hay muchas aplicaciones en biología computacional, para analizar el genoma humano por ejemplo. Calcular la secuencia óptima en un ADN es un problema combinatorio que no podríamos modelizar matemáticamente si no hay alguien de Biología que nos lo explique. O el caso que expliqué antes con el IAC: es fundamental hablar con un astrónomo para conocer el problema real que quieren resolver vía la matemática

Para terminar, ¿cómo se ha sentido tras ganar este Premio de Investigación?

No es un premio a mí como individuo, sino a un conjunto de publicaciones desarrolladas durante los treinta años que llevo trabajando en esta temática, que han sido realizadas por un amplio colectivo: hablo de más de 100 publicaciones y más de 60 coautores. He recogido no un premio a una persona, sino a todo ese grupo de investigadores. 

Ha venido muy bien porque las Matemáticas no destacan por la cantidad de dinero que traen a la Universidad de La Laguna. Tenemos grupos que trabajan en nanotecnología, en enfermedades tropicales… en tantas otras temáticas que impactan en la sociedad mucho más que los modelos matemáticos. Recogiendo este premio he sentido que se ha premiado a las Matemáticas y se las ha visibilizado: todo el día estamos trabajando con datos numéricos y se toman decisiones en base a modelos matemáticos… pero luego, en las áreas prioritarias de investigación de gobiernos, no están las Matemáticas. Así que, con este premio, creo que todos quienes trabajamos en esta disciplina nos hemos sentido reconocidos.

Gabinete de Comunicación


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