运筹学-第八章 排队论

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前 言
排队的不一定是人，也可以是物： 例如，通讯卫星与地面若干待传递的 信息； 生产线上原料、半成品等待加工； 因故障停止运转的机器等待修理；码 头的船只等待装卸货物； 要降落的飞机因跑道不空而在空中盘 旋等等。
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前 言
上述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。
盾。
如何做到既保证一定的服务质量指标，又
使服务设施费用经济合理，恰当地解决顾客
排队时间与服务设施费用大小这对矛盾。
这就是随机服务系统理论——排队论所要
研究解决的问题。
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排队系统的基本概念
一、排队系统的组成与特征
排队系统一般有三个基本组成部分：1.输 入过程；2.排队规则；3.服务机构。
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2. 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。 可以分为损失制、等待制、混合制3大类。 (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。
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1. 输入过程
输入即为顾客的到达，可有下列情况：
1）顾客源可能是有限的，也可能是无限的。 2）顾客是成批到达或是单个到达。 3）顾客到达间隔时间可能是随机的或确定的。 4）顾客到达可能是相互独立或关联的。所谓独 立就是以前顾客的到达对以后顾客的到达无影响。 5）输入过程可以是平稳的（stationary）或说 是对时间齐次的（Homogeneous in time），也可以 是非平稳的。输入过程平稳的指顾客相继到达的间 隔时间分布和参数（均值、方差）与时间无关；非 平稳的则是与时间相关，非平稳的处理比较困难。 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： ① 队长有限。当排队等待服务顾客人数超过 规定数量时，后来顾客就自动离去，另求服务。 如水库的库容、旅馆的床位等都是有限的。
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2. 排队规则
② 等待时间有限。即顾客在系统中的 等待时间不超过某一给定的长度 T，当等待 时间超过T时，顾客自动离去，不再回来。 如易损坏的电子元器件的库存问题， 超过一定存储时间被自动认为失效。 又如顾客到饭馆就餐，等了一定时间后 不愿再等而自动离去另找饭店用餐。
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2. 排队规则
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。
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2. 排队规则
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3. 服务机构
1 ）服务机构可以是单服务员和多服务员服务，
第八章 排队论(Queuing Theory)
排队论（queuing),也称随机服务系统理论，是 运筹学的一个主要分支。 1909 年，丹麦哥本哈根电子公司电话工程师 A. K. Erlang的开创性论文“概率论和电话通讯理论” 标志此理论的诞生。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、库存管理、作战指挥等各领 域中均得到应用。
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排队论
• 8-1 基 本 概 念 • 8-2 单服务台指数分布的排队系统的分析 • 8-3 多服务台负指数分布排队系统的分析
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前 言
排队是我们在日常生活和生产中经 常遇到的现象。 例如，上、下班搭乘公共汽车； 顾客到商店购买物品； 顾客到银行取钱； 旅客到售票处购买车票； 学生去食堂就餐等就常常出现排队和等 待现象。
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前 言
图2
单队列——S个服务台并联的排队系统
图3
S个队列——S个服务台的并联排队系统
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前 言
图4
单队——多个服务台的串联排队系统
图5
多队——多服务台混联网络系统
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前 言
通常称由图6表示的系统为一随机聚散服务系统。 任一排队系统都是一个随机聚散服务系统。
一般的排队系统，都可由下 面图加以描述。 “聚”表示顾客的到达，“散”表示顾客的离去。
图6
随机服务系统
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前 言
面对拥挤现象，人们总是希望尽量设法减少 排队，通常的做法是增加服务设施。 但是增加的数量越多，人力、物力的支出就 越大，甚至会出现空闲浪费。 如果服务设施太少，顾客排队等待的时间就 会很长，这样对顾客会带来不良影响。
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前 言
顾客排队时间的长短与服务设施规模的大 小，就构成了设计随机服务系统中的一对矛
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2. 排队规则
(2) 等待制。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。 等待制中，服务台在选择顾客进行服务时，常有 如下四种规则：
①先到先服务（FCFS ）。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（ LCFS ）。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。
排队论里把要求服务的对象统称为 “顾客”, 提供服务的人或机构称为“服务台” 或“服务员”。
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前 言
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，见图8-1至图8-5。
图1 单服务台排队系统
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2. 排队规则
③ 逗留时间 ( 等待时间与服务时间之和 ) 有限。 例如用高射炮射击敌机，当敌机飞越高射 炮射击有效区域的时间为 t 时，若在这个时 间内未被击落，也就不可能再被击落了。 不难注意到，损失制和等待制可看成是 混合制的特殊情形，如记c为系统中服务台 的个数，则当K=c 时，混合制即成为损失制； 当K=∞时，混合制即成为等待制。