排队论及其模型
合集下载
排队论
f ( w n 1)
n！
e w
w0
f ( w ) Pn f ( w n 1) n0 ( w ) n w (1 ) n e ( )e ( ) w n0 n！
熊燕华
6.
忙期和闲期
系统忙的概率为ρ ，则闲的概率为1-ρ 。可以 认为在一段时间内，忙期和闲期的长度比为 ρ :(1-ρ ) 由于顾客到达间隔服从无记忆性的负指数分布， 且与服务时间无关。闲期I（系统从空闲开始到新 的顾客到达时刻）服从参数为λ 的负指数分布，则 E[I]=1/λ E[B]= ρ/(1-ρ) E[I]=1/(μ-λ )=Ws
熊燕华
L S n Pn
n0
1
Little公式
Ls=Lq+λ/μ Ws=Wq+1/μ
L q (n 1) Pn n 1
Ws=E(W)=1/(μ-λ) Wq=Ws－1/μ=ρ/(μ-λ)
Ws=Ls/λ
Wq=Lq/λ
熊燕华
定理： 对于存在平稳分布的任何排队系统，下列 关系成立：
熊燕华
七、随机过程知识准备
系统的状态
系统中的顾客数，即如果系统中有n个顾客即说系统 状态为n。在平稳过程中，在时刻t、系统状态为n的概率 Pn(t)是不变的，即Pn(t) ＝Pn是不随时间变化的统计平衡 状态解。
注：本章研究的均为平稳过程，即输入、输出过程 的概率分布、参数均不随时间变化，与所选取的时
第八章 排队论
基本概念 单服务台泊松到达负指数服务时间排队模型 多服务台泊松到达负指数服务时间排队模型 其他排队模型 经济分析
熊燕华
排队论模型
（三）、建立排队模型步骤 1.确定表达排队问题各个变量并建立它们之间的相互 关系。 2.根据现有的数据，运用适当的统计检验，假设检验 有关分布。 3.应用已得到的概率分布，确定描述整个系统的运行 特征。 4.根据系统的特征，通过应用适当的决策模型，改进 系统的功能。 （四）、生灭过程的差分微分方程组 当顾客到达时间间隔为负指数分布(即输入过程具有 Poisson特征，N(t)服从Poisson分布)，服务时间为负 指数分布，则系统的排队过程是Markov(马尔科夫)过程， 而且它具有一类特殊Markov过程的特征，通常称这类随 机过程的生灭过程。
“M/M/c”即Poisson输入负指数服务时间分布C个 服务台的等待制排队模型。 “M/G/1”即Poisson输入，一般服务时间分布， 单个服务台的等待制排队模型。
2.几种重要的排队模型 (1)单服务台系统
顾客到达 排队 00…00
服务台
顾客离去
(2)多服务台的平衡系统
顾客到达 排队 00…00
(2)等待时间:是指从顾客到达时间算起到他开始接受 服务时止的这段时间，其期望值记 Wq ；逗留时间则指从 顾客到达时刻算起到他接受服务完毕为止所需要的时间， 即是顾客在系统中所花费的总时间，其期望值记 Ws 。 逗留时间=等待时间+服务时间 (3)忙期:是指服务台连续繁忙的时间，即顾客从到达 空闲服务台算起到服务台再次变为空闲时止的这段时间 。这是服务台最关心数量指标，它直接关系到服务员工 作强度，与忙期相对应的是闲期，这是指服务台连续保 持空闲的时间长度；显然，在排队系统中忙期与闲期， 是交替出现的。 排队系统除了上述三个主要数量指标外，另外服务 台的利用率(即服务员忙碌的时间在总时间中所占比例) 在排队论的研究中也是很重要的指标。
运筹学排队论2
现将上式参数 引入时间因素 t ,即将
换为 t ,得到
pn
(t)
(t)n
n!
et
,
t
0,
n
0,1,2,.
表示长为t的时间区间内到达n个顾客的概率为 pn (t) ,且服从泊松分布.这称为泊松流或泊松过 程或简单流. 设t时间内到达的顾客数为随机变量N(t),则有
E[N(t)] t, D[N(t)] t.
服务台
2.C个服务台,一个公共队伍
服务台1 服务台2 服务台C
3.C个服务台,C个队伍
服务台1 服务台2 服务台C
二.排队系统的三个组成部分
1.输入过程:指顾客按怎样的规律到达. ⑴顾客的总体数或顾客源:指可能到达服务机
构的顾客总数.顾客总体数可以是有限的,也可 以是无限的; ⑵顾客到达的类型:顾客是单个到达还是成批 到达; ⑶顾客相继到达时间间隔的分布,如按泊松 分布,定长分布还是负指数分布.
排队论的创始人是丹麦哥本哈根市电话局的 工程师爱尔朗(A.K.Erlang),他早期研究电话 理论,特别是电话的占线问题,就是早期排队 论的内容.
§2 排队论的基本概念
一.排队现象的共同特征:为了获得某种服务而 到达的顾客,如不能立即得到服务而又允许排 队等候,则加入等待的队伍,获得服务后离开.我 们把包含这些特征的系统称为排队系统. 排队系统的几种情况: 1.单服务台排队系统
例9.1 某仓库全天都可以进行发料业务，假设 顾客到达的时间间隔服从均值为1的负指数分 布现在有一位顾客正好中午12：00到达领料， 试求：
（1）下一个顾客将在下午1：00前到达的概率； （2）在下午1：00与2：00之间到达的概率： （3）在下午2：00以后到达的概率。
换为 t ,得到
pn
(t)
(t)n
n!
et
,
t
0,
n
0,1,2,.
表示长为t的时间区间内到达n个顾客的概率为 pn (t) ,且服从泊松分布.这称为泊松流或泊松过 程或简单流. 设t时间内到达的顾客数为随机变量N(t),则有
E[N(t)] t, D[N(t)] t.
服务台
2.C个服务台,一个公共队伍
服务台1 服务台2 服务台C
3.C个服务台,C个队伍
服务台1 服务台2 服务台C
二.排队系统的三个组成部分
1.输入过程:指顾客按怎样的规律到达. ⑴顾客的总体数或顾客源:指可能到达服务机
构的顾客总数.顾客总体数可以是有限的,也可 以是无限的; ⑵顾客到达的类型:顾客是单个到达还是成批 到达; ⑶顾客相继到达时间间隔的分布,如按泊松 分布,定长分布还是负指数分布.
排队论的创始人是丹麦哥本哈根市电话局的 工程师爱尔朗(A.K.Erlang),他早期研究电话 理论,特别是电话的占线问题,就是早期排队 论的内容.
§2 排队论的基本概念
一.排队现象的共同特征:为了获得某种服务而 到达的顾客,如不能立即得到服务而又允许排 队等候,则加入等待的队伍,获得服务后离开.我 们把包含这些特征的系统称为排队系统. 排队系统的几种情况: 1.单服务台排队系统
例9.1 某仓库全天都可以进行发料业务，假设 顾客到达的时间间隔服从均值为1的负指数分 布现在有一位顾客正好中午12：00到达领料， 试求：
（1）下一个顾客将在下午1：00前到达的概率； （2）在下午1：00与2：00之间到达的概率： （3）在下午2：00以后到达的概率。
数学建模：第五章 排 队 论
17
令 T0 = 0 Tn ：第 n 个顾客到达时刻， Xn：第 n 个顾客与第 n-1 个顾客到达的时间间隔。 则有
T0 T1 Tn
X n Tn Tn1 , n 1,2,
18
一般假定 { Xn }是独立同分布的，并记其分布函数 为 A( t )。关于{ Xn }的分布，排队论中经常用到的 有以下两种： ➢定长分布（D）：顾客相继到达时间间隔为确定 的常数。
Wq(t)：时刻 t 到达系统的顾客在系统中的等待时间。
pn(t)：时刻 t ，系统中有 n 个顾客的概率。
44
pn(t)
过渡状态
平稳状态
t
45
上述指标一般都是和系统运行的时间有关的随机变量 ，求这些随机变量的瞬时分布一般都是很困难的。 相当一部分排队系统，在运行了一定时间后，都会趋 于一个平稳状态（或称平衡状态），平稳状态下这些 指标和系统所处的时刻无关。
19
➢Poisson流（M）：顾客相继到达时间间隔的密度 函数为：
e t
a(
2. 排队
损失制排队系统
有限排队
队长有限排队系统
排队
混合制排队系统 等待时间有限排队系统
逗留时间有限排队系统 无限排队（等待制排队系统）
21
（1）有限排队
有限排队：排队系统中的顾客数是有限的，即系统 的空间是有限的，当系统被占满时，后面再来的顾 客将不能进入排队系统。
顾客相继到达时间 单个服务台
间隔为负指数分布
顾客源无限
M / M / 1 / ∞ / ∞ / FCFS
服务时间为负指数
分布
系统容量为无限
先到先服务
39
X/Y/Z/A/B/C
省略后三位
令 T0 = 0 Tn ：第 n 个顾客到达时刻， Xn：第 n 个顾客与第 n-1 个顾客到达的时间间隔。 则有
T0 T1 Tn
X n Tn Tn1 , n 1,2,
18
一般假定 { Xn }是独立同分布的，并记其分布函数 为 A( t )。关于{ Xn }的分布，排队论中经常用到的 有以下两种： ➢定长分布（D）：顾客相继到达时间间隔为确定 的常数。
Wq(t)：时刻 t 到达系统的顾客在系统中的等待时间。
pn(t)：时刻 t ，系统中有 n 个顾客的概率。
44
pn(t)
过渡状态
平稳状态
t
45
上述指标一般都是和系统运行的时间有关的随机变量 ，求这些随机变量的瞬时分布一般都是很困难的。 相当一部分排队系统，在运行了一定时间后，都会趋 于一个平稳状态（或称平衡状态），平稳状态下这些 指标和系统所处的时刻无关。
19
➢Poisson流（M）：顾客相继到达时间间隔的密度 函数为：
e t
a(
2. 排队
损失制排队系统
有限排队
队长有限排队系统
排队
混合制排队系统 等待时间有限排队系统
逗留时间有限排队系统 无限排队（等待制排队系统）
21
（1）有限排队
有限排队：排队系统中的顾客数是有限的，即系统 的空间是有限的，当系统被占满时，后面再来的顾 客将不能进入排队系统。
顾客相继到达时间 单个服务台
间隔为负指数分布
顾客源无限
M / M / 1 / ∞ / ∞ / FCFS
服务时间为负指数
分布
系统容量为无限
先到先服务
39
X/Y/Z/A/B/C
省略后三位
第六章 排队论模型
上述事例中的各种问题虽互不相同，但却都 有要求得到某种服务的人或物和提供服务的人或 机构。排队论里把要求服务的对象统称为“顾 客”,而把提供服务的人或机构称为“服务台”或 “服务员”。不同的顾客与服务组成了各式各样 的服务系统。顾客为了得到某种服务而到达系统、 若不能立即获得服务而又允许排队等待，则加入 等待队伍，待获得服务后离开系统。
12
③随机服务 (RAND) 。即当服务台空闲 时，不按照排队序列而随意指定某个顾客去 接受服务，如电话交换台接通呼叫电话就是 一例。 ④优先权服务 (PR)。如老人、儿童先进 车站；危重病员先就诊；遇到重要数据需要 处理计算机立即中断其他数据的处理等，均 属于此种服务规则。
13
(3)混合制．这是等待制与损失制相结合的一种 服务规则，一般是指允许排队，但又不允许队列无 限长下去。具体说来，大致有三种：
16
3、服务台
服务台可以从以下3方面来描述： (1) 服务台数量及构成形式。从数量上说，服务台有 单服务台和多服务台之分。从构成形式上看，服务台 有：①单队——单服务台式； ②单队——多服务台并联式； ③多队——多服务台并联式； ④单队——多服务台串联式； ⑤单队——多服务台并串联混合式,以及多队列多 服务台并串联混合式等等。 如之前的分类模型图所示。
2
排队论历史：
起源于1909年在丹麦哥本哈根电子公司工作的电话工程 师A. K. Erlang(A.K.爱尔朗)对电话通话拥挤问题的研究工作， 其开创性论文---概率论和电话通讯理论则标志此理论的诞生。 表明了排队论的发展最早是与电话，通信中的问题相联系的， 并到现在也还是排队论的传统的应用领域。近年来在计算机通 讯网络系统、交通运输、医疗卫生系统、各类生产服务、库存 管理等等各领域中均得到广泛的应用。 排队论具体事例：
第10章 排队论
独立的。换言之，即在时间区间（t，t＋∆t）和（0，t）内到达 的顾客数无关。
14
（2）平稳性：即在一定的时间间隔内到达系统的顾客数只与这 段时间的长短有关，而与这段时间由什么时间开始无关。换言之， 即在时间区间（t，t＋∆t）内到达系统的顾客数，只与∆t的大小 有关，而与t无关。 （3）普通性：即在瞬时内只能有一个顾客到达，而不可能有两 个以上的顾客到达。换言之，即对于充分小的∆t，在时间区间 （t，t＋∆t）内有两个或两个以上到达的概率极小，以致可忽略 不计，或者说不存在批量到达问题。 泊松分布的密度函数是：
表10.3 服务时间分布
服务时间（ 分钟） 服务时间 （ 分钟 ） 分布次数 10 １ 10 ２ 8 ３ 5 ４ 4 ５ 2 ６ 1 ７ 1 ８ 1 ９ 以上 合 计 42
不难发现，上述两种分布均接近于泊松分布形式。
13
根据有关数据，不难算出如下的指标值： 根据有关数据，不难算出如下的指标值： 平均到达率（ ）＝ ）＝42／ 分钟） 平均到达率（λ）＝ ／145＝0.29（人／分钟） ＝ （ 平均到达时间（ ）＝145／41＝3.46（分钟／人） 平均到达时间（１／λ）＝ ）＝ ／ ＝ （分钟／ 平均服务率（ ）＝ ）＝42／ 分钟） 平均服务率（µ）＝ ／130＝0.323（人／分钟） ＝ （ 平均服务时间（ ）＝130／42＝3.1（分钟／人） 平均服务时间（１／µ）＝ ）＝ ／ ＝ （分钟／ 这些指标都是排队系统分析中非常重要的数量指标。 这些指标都是排队系统分析中非常重要的数量指标。 二、泊松分布（Poisson） 泊松分布（ ） 表示在时间区间（ ，ｔ）内到达的顾客数， ，ｔ）内到达的顾客数 设Ｎ(t)表示在时间区间（0，ｔ）内到达的顾客数，Pn(t) 表示在时间区间 表示在时间区间（ ，ｔ） 内有ｎ个顾客到达的概率， 表示在时间区间（0，ｔ） 内有ｎ个顾客到达的概率，当 Pn(t) 符合下列三个条件时，通常就说顾客到达数服从泊松 符合下列三个条件时， 分布： 分布： （1）无后效性：即在不相重叠的时间区间内顾客的到达数是相互
排队模型(掌握mm1,mmc,mm1k)
现实生活中的排队系统
序 到达的顾客 号
要求服务内容
服务机构
1 不能运转的机器 修理
修理技工
2 修理技工
领取修配零件 发放修配零件的管理员
3 病人
诊断或做手术 医生(或包括手术台)
4 电话呼唤
通话
交换台
5 文件搞
打字
打字员
6 提货单
提取存货
仓库管理员
7 驶入港口的货船 装(卸)货
装(卸)货码头(泊位)
3 6 1 5 6 7 22 3 4 6 11 45 5 2 0 4 11 9 1 2 8 26 3 10 5 12 47 4 2 3
(1) (2) (3) (4) (5) (1) (2) (3) (4) (5) (1) (2) (3) (4) (5) i τi si ti wi i τi si ti wi i τi si ti wi 13 49 1 3 5 23 86 6 2 2 33 117 4 4 7
二、排队系统的特征及其组成
1、排队系统的特征即拥挤现象的共性 1）、有请求服务的人或物 2）、有为顾客服务的人或物 3）、具有随机性 4）、服务的数量超过服务机构的容量
2、排队系统的三大基本组成部分
1）、输入过程(顾客到达的方式) a、顾客的总体（顾客源）的组成可能是有限的，也
可能是无限的； b、顾客相继到达的时间间隔可以是确定的，也可以
8 上游河水进入水库 放水，调整水位 水闸管理员
2、排队论的起源与应用领域
1）、20世纪初Bell电话公司为减少用户呼叫， 研究电话线路合理配置问题；
2）、1909年丹麦工程师A.K.Erlang受热力 学统计平衡概念启发发表论文《概率论与电 话交换》，解决上述问题；
排队论模型
排队论模型1. 引言排队论是运筹学中的一个重要分支，研究的是排队系统中顾客的到达、等待和服务过程。
在现实生活中，我们经常会遇到排队的场景，如银行、超市、医院等。
通过排队论模型的分析，可以帮助我们优化服务过程，提高效率和顾客满意度。
本文将介绍排队论模型的基本概念和常用模型。
2. 基本概念2.1 排队系统排队系统是指顾客到达一个系统，并等待被服务的过程。
一个排队系统通常包含以下几个要素：•到达过程：顾客到达系统的时间间隔可以是随机的，也可以是确定的。
•排队规则：系统中的顾客通常按照先来先服务原则排队。
•服务过程：系统中的服务员或服务设备为顾客提供服务，服务时间也可以是随机的或确定的。
•系统容量：排队系统中通常有一定的容量限制，即同时能够容纳的顾客数量。
2.2 基本符号在排队论中，通常使用以下符号来表示不同的概念：•λ：到达率，表示单位时间内系统的平均到达顾客数量。
•μ：服务率，表示单位时间内系统的平均服务顾客数量。
•ρ：系统利用率，表示系统的繁忙程度，计算公式为ρ = λ / μ。
•L：系统中平均顾客数，包括正在排队等待服务的顾客和正在接受服务的顾客。
•Lq：系统中平均等待队列长度，即正在排队等待服务的顾客数。
•W：系统中平均顾客逗留时间，包括等待时间和服务时间。
•Wq：系统中平均顾客等待时间，即顾客在排队等待服务的平均时间。
3. 常用模型3.1 M/M/1模型M/M/1模型是排队论中最简单的模型之一，其中M表示指数分布。
M/M/1模型满足以下几个假设：•顾客到达率λ满足均值为λ的指数分布。
•服务率μ满足均值为μ的指数分布。
M/M/1模型的特点是顾客到达率和服务率是独立的，且符合指数分布。
根据排队论的理论分析，可以计算出系统的性能指标，如系统利用率、平均顾客数、平均等待队列长度等。
3.2 M/M/c模型M/M/c模型是M/M/1模型的扩展，其中c表示服务员的数量。
M/M/c模型满足以下假设：•顾客到达率λ满足均值为λ的指数分布。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖ (1)损失制。这是指如果顾客到达排队系统时，所有服 务台都已被先来的顾客占用，那么他们就自动离开系 统永不再来。典型例子是，如电话拔号后出现忙音， 顾客不愿等待而自动挂断电话，如要再打，就需重新 拔号，这种服务规则即为损失制。
16
1.2 排队系统的组成和特征
排队规则
(2)等待制。这是指当顾客来到系统时，所有服务 台都不空，顾客加入排队行列等待服务。例如， 排队等待售票，故障设备等待维修等。 对于等待制，为顾客进行服务的次序可以采用 下列各种规则：
运筹学
排队论
1
排队论
排队论(queuing theory)也称随机服务系 统理论(Random Service System Theory)，
是为研究和解决具有拥挤现象的问题而发展起 来的一门应用数学的分支。
具体地说，它是在研究各种排队系统概率 规律性的基础上，解决相应排队系统的最优设 计和最优控制问题。
பைடு நூலகம்到达的顾客
1.不能运转的机器 2.修理技工
要求服务内容
修理 领取修配零件
3.病人 4.电话呼唤 5.文件稿 6.提货单 7.到达机场上空的飞机 8.驶入港口的货船 9.上游河水进入水库 10.进入我方阵地的敌机
诊断或动手术 通话 打字 提取存货 降落 装(卸)货装(卸) 放水，调整水位 我方高射炮进行射击
7
1.1 排队过程的一般表示
排队过程的一般模型
❖ 各个顾客由顾客源(总体)出发，到达服务机构(服务 台、服务员)前排队等候接受服务，服务完成后离开。
❖ 排队结构指队列的数目和排列方式，排队规则和服 务规则是说明顾客在排队系统中按怎样的规则、次 序接受服务的。
8
1.1 排队过程的一般表示
形形色色的排队系统
个部分：
(1) 排队系统的性态问题
性态问题，即研究各种排队系统的概率规
(2) (3)
排排队队系系统统的的最统优计化推问断题问指题律忙最最性期优优，分化设主布，计要等又，研。分后究静者队态指长最现分优有布和排、动队等态系待最统时优的间，最分前优布者运和
营统。计推断，即判断一个给定的排队系统符
合哪种模型，以便根据排队理论进行研究。
2
排队论
排 队 论 是 1909 年 由 丹 麦 工 程 师 爱 尔 朗 (A.K．Erlang)在研究电活系统时创立的， 几十年来排队论的应用领域越来越广泛， 理论也日渐完善。特别是自二十世纪60年 代以来，由于计算机的飞速发展，更为排 队论的应用开拓了宽阔的前景。
3
排队论
排队论(queuing theory) 研究内容包括三
5
第1节 基 本 概 念
❖ 1.1 排队过程的一般表示 ❖ 1.2 排队系统的组织和特征 ❖ 1.3 排队模型的分类 ❖ 1.4 排队问题的求解
6
1.1 排队过程的一般表示
不同的顾客与服务组成了各式各样的服务 系统。顾客为了得到某种服务而到达系统、若 不能立即获得服务而又允许排队等待，则加入 队列排队等待接受服务，然后服务台按一定规 则从队列中选择顾客进行服务，获得服务的顾 客立即离开系统。
先到先服务(FCFS) 后到先服务(LCFS) 随机服务(RS) 有优先权的服务
17
1.2 排队系统的组成和特征
排队规则
(2)等待制。 对于等待制，为顾客进行服务的次序可以采用 下列各种规则：
① 先到先服务。按顾客到达的先后顺序对顾客进行服务，这是 最普遍的情形。 ② 后到先服务。仓库中迭放的钢材，后迭放上去的都先被领走， 就属于这种情况。 ③ 随机服务。即当服务台空闲时，不按照排队序列而随意指定某 个顾客去接受服务，如电话交换台接通呼叫电话就是一例。 ④ 优先权服务。如老人、儿童先进车站；危重病员先就诊；遇 到重要数据需要处理计算机立即中断其他数据的处理等，均属于 此种服务规则。
13
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
(3)顾客流的概率分布，或称相继顾客到达的时间间隔的分 布。这是求解排队系统有关运行指标问题时，首先需要
确定的指标。这也可以理解为在一定的时间间隔内到达K 个顾客(K=1、2、)的概率是多大。
顾客相继到达的间隔时间可以是确定型的，也可以是随机 型的。 顾客流的概率分布一般有定长分布、二项分布、泊松流 (最简单流)、爱尔朗分布等若干种。
10
1.2 排队系统的组成和特征
❖ 排队系统由三个基本部分组成：
① 输入过程 ② 排队规则 ③ 服务机构
11
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
❖ 输入即指顾客到达排队系统。输入过程是 指要求服务的顾客是按怎样的规律到达排 队系统的过程，有时也把它称为顾客流。
❖ 一般可以从以下几个方面来描述—个输入过程
服务机构
修理技工 发放修配零件的管
理员 医生(或包括手术台) 交换台 打字员 仓库管理员 跑道 货码头(泊位) 水闸管理员 我方高射炮
9
1.2 排队系统的组成和特征
实际的排队系统虽然千差万别，但是它们 有以下的共同特征：
(1)有请求服务的人或物——顾客； (2)有为顾客服务的人或物，即服务员或服务台； (3)顾客到达系统的时刻是随机的，为每一位顾客 提供服务的时间是随机的，因而整个排队系统的状 态也是随机的。排队系统的这种随机性造成某个阶 段顾客排队较长，而另外一些时候服务员(台)又空 闲无事。
解排队问题的目的，是研究排队系统运行的效率，估计
服务质量，确定系统参数的最优值，以决定系统结构是否
合理，研究设计改进措施等。
4
排队论
第1节 基本概念 第2节 到达间隔的分布和服务时间的分布 第3节 单服务台负指数分布排队系统的分析 第4节 多服务台负指数分布排队系统的分析 第5节 一般服务时间M/G/1模型 第6节 经济分析——系统的最优化 第7节 分析排队系统的随机模拟法
14
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
(4) 顾客的到达可以是相互独立的。 (5) 输入过程可以是平稳的，或称对时间是齐次的，即描
述相继到达的间隔时间分布和所含参数(如期望值、方 差等)都是与时间无关的。
15
1.2 排队系统的组成和特征
排队规则
❖ 这是指服务台从队列中选取顾客进行服务的顺序。一 般可以分为损失制、等待制和混合制等3大类。
(1) 顾客的总体数，又称顾客源、输入源。这是指顾客的 来源。 顾客源可以是有限的，也可以是无限的。 例如，到售票处购票的顾客总数可以认为是无限的， 而某个工厂因故障待修的机床则是有限的。
12
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
(2) 顾客到来的方式。这是描述顾客是怎样来到系统的， 他们是单个到达，还是成批到达。 病人到医院看病是顾客单个到达的例子。在库存问题 中如将生产器材进货或产品入库看作是顾客，那么这 种顾客则是成批到达的。
16
1.2 排队系统的组成和特征
排队规则
(2)等待制。这是指当顾客来到系统时，所有服务 台都不空，顾客加入排队行列等待服务。例如， 排队等待售票，故障设备等待维修等。 对于等待制，为顾客进行服务的次序可以采用 下列各种规则：
运筹学
排队论
1
排队论
排队论(queuing theory)也称随机服务系 统理论(Random Service System Theory)，
是为研究和解决具有拥挤现象的问题而发展起 来的一门应用数学的分支。
具体地说，它是在研究各种排队系统概率 规律性的基础上，解决相应排队系统的最优设 计和最优控制问题。
பைடு நூலகம்到达的顾客
1.不能运转的机器 2.修理技工
要求服务内容
修理 领取修配零件
3.病人 4.电话呼唤 5.文件稿 6.提货单 7.到达机场上空的飞机 8.驶入港口的货船 9.上游河水进入水库 10.进入我方阵地的敌机
诊断或动手术 通话 打字 提取存货 降落 装(卸)货装(卸) 放水，调整水位 我方高射炮进行射击
7
1.1 排队过程的一般表示
排队过程的一般模型
❖ 各个顾客由顾客源(总体)出发，到达服务机构(服务 台、服务员)前排队等候接受服务，服务完成后离开。
❖ 排队结构指队列的数目和排列方式，排队规则和服 务规则是说明顾客在排队系统中按怎样的规则、次 序接受服务的。
8
1.1 排队过程的一般表示
形形色色的排队系统
个部分：
(1) 排队系统的性态问题
性态问题，即研究各种排队系统的概率规
(2) (3)
排排队队系系统统的的最统优计化推问断题问指题律忙最最性期优优，分化设主布，计要等又，研。分后究静者队态指长最现分优有布和排、动队等态系待最统时优的间，最分前优布者运和
营统。计推断，即判断一个给定的排队系统符
合哪种模型，以便根据排队理论进行研究。
2
排队论
排 队 论 是 1909 年 由 丹 麦 工 程 师 爱 尔 朗 (A.K．Erlang)在研究电活系统时创立的， 几十年来排队论的应用领域越来越广泛， 理论也日渐完善。特别是自二十世纪60年 代以来，由于计算机的飞速发展，更为排 队论的应用开拓了宽阔的前景。
3
排队论
排队论(queuing theory) 研究内容包括三
5
第1节 基 本 概 念
❖ 1.1 排队过程的一般表示 ❖ 1.2 排队系统的组织和特征 ❖ 1.3 排队模型的分类 ❖ 1.4 排队问题的求解
6
1.1 排队过程的一般表示
不同的顾客与服务组成了各式各样的服务 系统。顾客为了得到某种服务而到达系统、若 不能立即获得服务而又允许排队等待，则加入 队列排队等待接受服务，然后服务台按一定规 则从队列中选择顾客进行服务，获得服务的顾 客立即离开系统。
先到先服务(FCFS) 后到先服务(LCFS) 随机服务(RS) 有优先权的服务
17
1.2 排队系统的组成和特征
排队规则
(2)等待制。 对于等待制，为顾客进行服务的次序可以采用 下列各种规则：
① 先到先服务。按顾客到达的先后顺序对顾客进行服务，这是 最普遍的情形。 ② 后到先服务。仓库中迭放的钢材，后迭放上去的都先被领走， 就属于这种情况。 ③ 随机服务。即当服务台空闲时，不按照排队序列而随意指定某 个顾客去接受服务，如电话交换台接通呼叫电话就是一例。 ④ 优先权服务。如老人、儿童先进车站；危重病员先就诊；遇 到重要数据需要处理计算机立即中断其他数据的处理等，均属于 此种服务规则。
13
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
(3)顾客流的概率分布，或称相继顾客到达的时间间隔的分 布。这是求解排队系统有关运行指标问题时，首先需要
确定的指标。这也可以理解为在一定的时间间隔内到达K 个顾客(K=1、2、)的概率是多大。
顾客相继到达的间隔时间可以是确定型的，也可以是随机 型的。 顾客流的概率分布一般有定长分布、二项分布、泊松流 (最简单流)、爱尔朗分布等若干种。
10
1.2 排队系统的组成和特征
❖ 排队系统由三个基本部分组成：
① 输入过程 ② 排队规则 ③ 服务机构
11
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
❖ 输入即指顾客到达排队系统。输入过程是 指要求服务的顾客是按怎样的规律到达排 队系统的过程，有时也把它称为顾客流。
❖ 一般可以从以下几个方面来描述—个输入过程
服务机构
修理技工 发放修配零件的管
理员 医生(或包括手术台) 交换台 打字员 仓库管理员 跑道 货码头(泊位) 水闸管理员 我方高射炮
9
1.2 排队系统的组成和特征
实际的排队系统虽然千差万别，但是它们 有以下的共同特征：
(1)有请求服务的人或物——顾客； (2)有为顾客服务的人或物，即服务员或服务台； (3)顾客到达系统的时刻是随机的，为每一位顾客 提供服务的时间是随机的，因而整个排队系统的状 态也是随机的。排队系统的这种随机性造成某个阶 段顾客排队较长，而另外一些时候服务员(台)又空 闲无事。
解排队问题的目的，是研究排队系统运行的效率，估计
服务质量，确定系统参数的最优值，以决定系统结构是否
合理，研究设计改进措施等。
4
排队论
第1节 基本概念 第2节 到达间隔的分布和服务时间的分布 第3节 单服务台负指数分布排队系统的分析 第4节 多服务台负指数分布排队系统的分析 第5节 一般服务时间M/G/1模型 第6节 经济分析——系统的最优化 第7节 分析排队系统的随机模拟法
14
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
(4) 顾客的到达可以是相互独立的。 (5) 输入过程可以是平稳的，或称对时间是齐次的，即描
述相继到达的间隔时间分布和所含参数(如期望值、方 差等)都是与时间无关的。
15
1.2 排队系统的组成和特征
排队规则
❖ 这是指服务台从队列中选取顾客进行服务的顺序。一 般可以分为损失制、等待制和混合制等3大类。
(1) 顾客的总体数，又称顾客源、输入源。这是指顾客的 来源。 顾客源可以是有限的，也可以是无限的。 例如，到售票处购票的顾客总数可以认为是无限的， 而某个工厂因故障待修的机床则是有限的。
12
1.2 排队系统的组成和特征
输入过程
(2) 顾客到来的方式。这是描述顾客是怎样来到系统的， 他们是单个到达，还是成批到达。 病人到医院看病是顾客单个到达的例子。在库存问题 中如将生产器材进货或产品入库看作是顾客，那么这 种顾客则是成批到达的。