排队论
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11.排队论11.1基本概念排队现象是指到达服务机构的顾客数量超过服务机构提供服务的容量,也就是说顾客不能够立即得到服务而产生的等待现象。
顾客可以是人,也可以是物,比如说,在银行营业部办理存取款的储户,在汽车修理厂等待修理的车辆,在流水线上等待下一到工序加工的半成品,机场厂上空等待降落的飞机,以及等待服务器处理的网页等,都被认为是顾客。
服务机构可以是个人,像理发员和美容师,也可以是若干人,像医院的手术小组。
服务机构也还可以是包装糖果的机器,机场的跑道,十字路口的红绿灯,以及提供网页查询的服务器等等。
11因为顾客到达,服务时间具有不确定性,排队系统又称随机服务系统,它的基本结构如图1.所示:商业服务理发店,银行柜台,机场办理登机手续的柜台,快餐店的点餐柜台运输行业城市道路的红绿灯,等待降落或起飞的飞机,出租车制造业待修理的机器,待加工的材料,生产流水线社会服务法庭,医疗机构为了描述一个排队系统,我们需要说明输入(到达)和输出(服务)过程,及其他基本特征。
表2.11列举了一些排队系统的到达和服务过程。
表11.2: 排队系统举例)1(到达过程通常,我们假设顾客的相继到达间隔时间是相互独立并且都具有相同概率分布。
在许多实际(Poisson流,或指数分布。
顾客源可能是有限的,也可情况中,顾客的相继到达间隔是服从泊松)能是无限的。
顾客到来方式可能是一个接一个的,也可能是批量的。
比如,到达机场海关的旅行团就是成批顾客。
一般来说,我们假设到达过程不受排队系统中顾客数量的影响。
以银行为例,无论银行内有3位顾客还是300位顾客,顾客来到银行的到达过程是不会受到影响的。
但是在两种情况下到达过程与排队系统中的顾客数量相关。
第一种情况发生在顾客源是有限的系统,比如某工厂共有五台机床,若在维修部中已有两台机床,接下来到达维修部的最大量是三台。
另一种情况是当顾客到达排队系统时,如果服务机构的设施都被占用,顾客可能耐心等待,也可能选择离开。
5。
2 排队论排队是日常生活和工作中常见的现象,它由两个方面构成,一是要求得到服务的顾客,二是设法给予服务的服务人员或服务机构(统称为服务员或服务台),顾客与服务台就构成一个排队系统,或称为随机服务系统。
如图5。
5所示。
图5.5 排队系统结构5.2.1 排队论概述1. 排队论研究的基本问题随机性是排队系统的共同特性,顾客的到达间隔时间与顾客所需的服务时间中,至少有一个具有随机性.排队论研究的首要问题是系统的主要数量指标(如:系统的队长(系统中的顾客数)、顾客的等待时间和逗留时间等)的概率特性,然后进一步研究系统优化问题。
与这两个问题相关联的还有系统的统计推断问题。
1) 性态问题(即数量指标的研究)研究排队系统的性态问题就是通过研究系统的主要数量指标的瞬时性质或统计平衡下的性态来研究排队系统的基本特征.2) 最优化问题排队系统的最优化问题涉及排队系统的设计、控制以及系统有效性的度量,包括系统的最优设计(静态最优)和已有系统的最优运行控制(动态最优),前者是在服务系统设置之前,对未来运行的情况有所估计,确定系统的参数,使设计人员有所依据;后者是对已有的排队系统寻求最优运行策略。
其内容很多,有最小费用问题,服务率的控制问题等。
3) 统计推断问题排队系统的统计推断是通过对正在运行的排队系统多次观测、搜集数据,用数理统计的方法对得到的资料进行加工处理,推断所观测的排队系统的概率规律,建立适当的排队模型。
2. 排队系统的基本组成及特征实际中的排队系统是各种各样的,但从决定排队系统进程的因素看,它由3个基本部分组成:输入过程、排队规则和服务机构。
由于输入过程、排队规则和服务机构的复杂多样性,可以形成各种各样的排队模型,因此在研究一个排队系统之前,有必要弄清楚这3部分的具体内容和结构。
1) 输入过程输入过程是说明顾客来源及顾客是按怎样的规律到达系统.它包括3方面内容:①顾客总体(顾客源)数:它可能是有限的,也可能是无限的。
退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页前一页后一页退出退出前一页后一页退出前一页后一页退出前一页后一页退出前一页后一页退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页退出前一页后一页退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页退出前一页后一页退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页退出前一页后一页退出前一页后一页随机服务系统理论与展望退出前一页后一页随机服务系统理论与展望随机服务系统理论与展望退出前一页后一页。
同济大学嘉定校区食堂二楼排队分析
吴忠伟(081251)陈力(081247)
交通运输工程学院交通运输系
引言
在学校的生活,可以说相对比较单一,线路也比较固定,其中我们学生每天都要去的地方,食堂每天都会在下课之后迎来高峰时期,食堂瞬间排起长龙,也变得拥挤了许多。
几乎每一个学生都在抱怨排队是多么的痛不欲生,因为他们早早就已经饥肠辘辘了(其实排队也没几分钟)。
那么,此时食堂是应该增加窗口,减少排队时间来更好地服务,还是本身就是我们学生对排队的厌恶导致的贪婪(直接就可以买到饭)。
因此很有必要进行建模来权衡,找到最佳的窗口数量。
本文将根据同济大学嘉定校区食堂二楼的排队情况建立数学模型,根据排队论的相关只是进行分析,通过分析比较,为食堂现状提供较为合理的建议。
摘要
1、分析实地调查所得的数据,得知学生进入食堂进餐总体上符合柏松分布,而工作人员的服务时间符合指数分布,由此我们的数学模型就近似认为是排队论中典型的M\M\s模型,根据M\M\s模型中的个效率指标的公式,得到相关数据。
2、我们对模型进行数学上的定量化的计算,发现,该模型的核心就是分析学生平均排队时间。
模型的建立与分析
经过本人在嘉定这个学期的生活可以发现以下基本事实:
1、在下午七八节课后吃饭的情况不会发生大量拥堵的现象。
2、在上午三四节课后吃饭的人数较多,本学期周一与周四最为严重,可以看见大量的
拥堵。
3、周末由于每课,且有部分学生回家(本地生),很少发生排队现象。
4、打到饭的同学不会因为没有座位而无法就餐,造成二次拥堵。
5、午餐的高峰时段主要在11:45~12:05,这主要是因为11:40下课,5分钟左右的
不步行时间,差不多20分钟左右大家都基本就餐结束。
数据调查:
我们统计了极具典型性的周一和周四这两天进行数据的采集2010年6月21(周一)和6月24(周四)在11:45~12.05这一高峰期旧食堂二楼的情况
见下表:
(服务员的服务时间,单位:秒)
13 17 11 15 14 20 12 19 18 17
12 21 14 15 19 11 15 14 13 14
得到散点图如下
y = -0.0346x + 15.563
R 2 = 0.0046
0510*******
5
10
15
20
25
系列1
线性 (系列1)
由图可知,服务时间的平均值为:15.2秒即0.2533分钟 学生到达食堂就餐的时间分布如下表所示(单位:人/分钟): 29 28 21 23 43 29 28 36 30 31 40
26
38
37
28
34
40
25
28
34
由表易知:平均值为31.4人/每分钟
由离散概率可知,学生来到食堂就餐的过程可近似泊松分布
虽然只进行了两次数据采集,但鉴于食堂的顾客相对比较固定,数据还是有可行性的。
对非高峰时段不做分析。
模型假设:
1、在校学生多,而食堂只有两个,餐馆的服务能力有限,在中午就餐高峰时段(11:45~12:05)可近似认为在该系统中,学生的输入源是无限的,且单独到来且相互独立。
(这一点有待理想化,大多数同学吃饭是结伴而行的,一个人吃太寂寞了)
2、每个窗口所有的菜的种类相同,这样学生不会因为菜色的不同而进行有意的选择,导致学生到达每个窗口的随机性无法保证。
3、食堂的窗口实行的是先到先服务的原则,学生在排队时会向较短的那一队排,不会出现哪对人多去哪队的现象,因此怕爱对方是可认为是单一队列等待制。
4、食堂二楼现阶段总共有开放窗口10个,每个窗口的服务员的业务水平接近,且工作效率总体上服从指数分布(由统计的数据得到) 4、
5、时间单位:分钟
模型建立:
基于以上的假设,我们的模型符合排队轮中的多通道的等待模型(M/M/n )。
该模型的特点是,服务系统中有n 个服务员,顾客按泊松分布来到排队系统,到达强度λ;服务员的能力都是μ,服务时间服从指数分布。
当顾客到达时,如果所有的服务员都忙着,顾客先参加排队,等待服务,一直等到服务员为他服务为止。
这个系统的主要效率指标有: 顾客到达强度:λ
每个顾客的平均服务时间:1/μ 服务员的服务效率:μ
系统的服务强度,记平均每单位事件中系统可以顾客服务的时间比例是λ/μ
空闲概率1
1
0)11*!)(!)((--=-+=∑ρρρS S j S P S S j j
系统中排队顾客的平均数:s j j P S jP L 2
)
1(ρρ
ρ-+
==
∑∞
= 系统的等待队长:s j j s q P jP L 2
0)1(ρρ
-=
=
∑∞
=+
等待时间:s q P W 2
)
1(ρλρ-=
逗留时间:s P W 2
)1(1ρλρμ
-+
=
模型求解:。