排队论(Queueing Theory)
合集下载
相关主题
- 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)。
几个独立的指数分布的随机 变量的和还是一个指数分数 的随机变量
T1(α1) T1(α2) T1(α3)
T (α1 +α2 +α3)
排队论课件 16
指数分布性质4
指数分布
αe−αt fT (t ) = (t 0 1 E (T ) = for t ≥ 0
for t < 0
Poisson分布
(αt ) n e −αt P( X (t ) = n) = n!
顾客到达时间间隔分布/服务时间分布/服务台数目/排队系统 允许的最大顾客容量/顾客总体数量/排队规则 (Kendall 记号) / /
M/M/1/∞/∞/FCFS M/M/1 /∞
M: 指数分布 (Markovian) D: 定长分布 (常数时间) Ek: k级Erlang 分布 G: 普通的概率分布 (任意概率分布)
排队论课件 8
基本排队模型－记号
系统状态 = 排队系统顾客的数量。 N(t) = 在时间 t 排队系统中顾客的数量。
队列长度 = 等待服务的顾客的数量。 Pn(t) = 在时间t,排队系统中恰好有n个顾客的概率。 s = 服务台的数目。
排队论课件
9
基本排队模型－统计平稳条件 下的记号
λn = 系统有n个顾客时的平均到达率（单位时间平均到达的顾客人 数即是平均到达率） µn = 系统有n个顾客时的平均到达率 λ µ = 对任何n都是常数的平均到达率. = 对任何n都是常数的平均到达率.
排队论课件 19
M/M/1 举例
M/M/s queuing computations
Arrival rate Service rate Number of servers 5 6 1 83.33% 0.1667 4.1667 5.0000 0.8333 1.0000
Utilization P(0), probability that the system is empty Lq, expected queue length L, expected number in system Wq, expected time in queue W, expected total time in system
排队论课件
26
P(T > t + ∆t / T > ∆t ) = P(T > t )
不管多长时间(∆t)已经过去， 逗留时间的概率分布与下 一个事件的相同.
排队论课件 15
指数分布性质3
几个独立的指数分布的随机变量的最小有 一个指数分布
U = Min.(T1 , T2 ,..., Tn ) P(U > t ) = e −(α1 +α 2 +...α n )t
♂
排队论课件 18
M/M/1/∞/∞ 或 M/M/1 模型
一个基本地排列模型. 一个服务台, 到达率 λ 和服务率 µ 都服从指数分布。
λ ρ= µ ρ2 ρ Lq = , L= 1− ρ 1− ρ ρ 1 Wq = , W= µ (1 − ρ ) µ (1 − ρ )
Pn = (1 − ρ ) ρ n
队列
队列容量
有限/无限
排队规则
先来先服务（FCFS）；后来先服务； 随机服务； 有优先权的服务； ♂
排队论课件
6
基本排队模型－服务规则
服务机构
服务设施， 服务渠道与服务台 服务台数量 服务时间分布:
指数, 常数, k级Erlang
♂
排队论课件
7
基本排队模型－记号方案
Arrival Queue Server
M/D/1
服务时间不变的服务系统.
D/M/1
确定性到达模式, 及指数分布服务时间. 例如：医生赴约治病的 时间表.
M/E k/1 ♂
服务服从 Erlang 分布. 例如：用相同平均时间去完成一些程序。
排队论课件
25
结束语
排队论是专门研究带有随机因素，产生 拥挤现象的优化理论。也称为随机服务 系统。 排队论应用十分广泛。
α
E ( X (t )) = αt
服务时间的概率 = t 1/α: 平均服务时间
在t时间内已经服务n个顾客 的概率 平均服务率= α
排队论课件 17
指数分布性质5
P(T ≤ t + ∆t / T > t ) ≈ α∆t for small ∆t
More precisely P(T ≤ t + ∆t / T > t ) =α Lim ∆t ∆t →0
1/λ = 期望到达间隔时间 1/µ = 期望服务时间 ρ = 服务强度， 或称使用因子, λ/(sµ)
排队论课件
10
统计平稳条件下的记号
L 平均队长 Lq 平均等待队长
Wq 平均等待时间
W
平均逗留时间
排队论课件 11
L, W, Lq, Wq
L = λW
Lq = λWq
Little’s formula
排队论课件 4
基本排队模型 － 输入过程
顾客来源
有限/无限
顾客数量
有限 无限
经常性的顾客来源.
顾客到达间隔时间: 到下一个顾客到达的时间. 服从某一概率分布. (指数分布)
顾客的行为假定为:
♂
在未服务之前不会离开; 当看到队列很长的时候离开； 从一个队列移到另一个队列。
排队论课件
5
基本排队模型－队列/排队规则
排队论课件
21
M/M/1/N/∞ 举例
M/M/s with Finite Queue
Arrival rate 5 Service rate 6 Number of servers 1 Maximum queue length 4 Utilization P(0), probability that the system is empty Lq, expected queue length L, expected number in system Wq, expected time in queue W, expected total time in system Probability that a customer waits Probability that a customer balks
♂
Probability
排队论课件
22
增加更多服务台 M/M/c
所有服务台是空的概率P0,和所有服务台都在忙的概率 P∞,需要下面比较复杂的公式。
λ ρ= , cµ
(c ρ ) (c ρ ) P0 = ∑ + c !(1 − ρ ) n =0 n !
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 NUMBER IN SYSTEM 26 28 30 32 34 36 38 40
74.94% 0.2506 1.2294 1.9788 0.2734 0.4401 0.7494 0.1007
0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 NUMBER IN SYSTEM 26 28 30 32 34 36 38 40
♂
Probability
排队论课件
24
其他模型
M/M/c/K/K
顾客来源是有限的服务系统. 例如： 一个饭店有 X 张桌子和 Y 个服务生服务来源有限的顾客.
W = Wq +
♂
1
µ
排队论课件
12
指数分布
随机变量 T 密度函数
αe−αt fT (t ) = 0 for t ≥ 0
for t < 0
均值 方差 fT(t) α
E (T ) =
1
1 Var (T ) = α
α
2
分布函数
P(T ≤ t ) = 1 − e −αt E (T ) =
排队论（Queueing Theory）
基本模型 M/M/1 模型 M/M/c 模型 其他模型 结束语
♂ ※
排队论课件 2
基本的排队模型
基本组成 概念与记号 指数分布和生灭过程
♂
排队论课件
3
基本组成
排队系统 输入 来源 顾客 队列 服务机构 服务完离开
排队系统的三个基本组成部分. •输入过程 (顾客按照怎样的规律到达); •排队规则 (顾客按照一定规则排队等待服务); ♂ •服务机构 (服务机构的设置,服务台的数量,服务的 方式,服务时间分布等)
c −1 n c −1
(c ρ ) c P0 P∞ = c !(1 − ρ ) ρ P∞ ρ P∞ Lq = , L = cρ + 1− ρ 1− ρ L 1 W = , Wq = W −
λ
µ
排队论课件
23
M/M/c 举例
M/M/s queuing computations
Arrival rate Service rate Number of servers 10 6 2 83.33% 0.0909 3.7879 5.4545 0.3788 0.5455 Utilization P(0), probability that the system is empty Lq, expected queue length L, expected number in system Wq, expected time in queue W, expected total time in system
排队论课件
1
α
t
13
指数分布性质1
fT(t) 是一个严格下降函数
P(0 ≤ T ≤ ∆t ) > P(t ≤ T ≤ t + ∆t )
fT(t) α
∆t
t
∆t
排队论课件 14
指数分布性质2
无后效性
P(T > t + ∆t / T > ∆t ) P(T > t + ∆t and T > ∆t ) = P(T > ∆t ) P(T > t + ∆t ) e −α ( t +∆t ) e −αt e−α∆t = = −α ( ∆t ) = −α∆t = e −αt = P(T > ∆t ) P(T > ∆t ) e e
0.2 Probability 0.15 0.1 0.05 0 0 2 4 6 8 10 12 14
16 18 20 22 24 NUMBER IN SYSTEM
26
28
30
32
34
36
38
wenku.baidu.com40
排队论课件
20
M/M/1/N/∞单一服务台，固定 长度
固定长度排队意味着若到了最大系统容量顾客将不能 进入系统.
1 λ=µ N +1, Pn = (1 − a )a n ,λ ≠µ 1 − a N +1 N λ=µ 2, L= a 1 − ( N + 1)a N + Na N +1 , λ ≠ µ (1 − a N +1 )(1 − a )
Lq = L − (1 − P0 ), ρ = 1 − P0 W= L 1 , Wq = W − λ (1 − PN ) µ
T1(α1) T1(α2) T1(α3)
T (α1 +α2 +α3)
排队论课件 16
指数分布性质4
指数分布
αe−αt fT (t ) = (t 0 1 E (T ) = for t ≥ 0
for t < 0
Poisson分布
(αt ) n e −αt P( X (t ) = n) = n!
顾客到达时间间隔分布/服务时间分布/服务台数目/排队系统 允许的最大顾客容量/顾客总体数量/排队规则 (Kendall 记号) / /
M/M/1/∞/∞/FCFS M/M/1 /∞
M: 指数分布 (Markovian) D: 定长分布 (常数时间) Ek: k级Erlang 分布 G: 普通的概率分布 (任意概率分布)
排队论课件 8
基本排队模型－记号
系统状态 = 排队系统顾客的数量。 N(t) = 在时间 t 排队系统中顾客的数量。
队列长度 = 等待服务的顾客的数量。 Pn(t) = 在时间t,排队系统中恰好有n个顾客的概率。 s = 服务台的数目。
排队论课件
9
基本排队模型－统计平稳条件 下的记号
λn = 系统有n个顾客时的平均到达率（单位时间平均到达的顾客人 数即是平均到达率） µn = 系统有n个顾客时的平均到达率 λ µ = 对任何n都是常数的平均到达率. = 对任何n都是常数的平均到达率.
排队论课件 19
M/M/1 举例
M/M/s queuing computations
Arrival rate Service rate Number of servers 5 6 1 83.33% 0.1667 4.1667 5.0000 0.8333 1.0000
Utilization P(0), probability that the system is empty Lq, expected queue length L, expected number in system Wq, expected time in queue W, expected total time in system
排队论课件
26
P(T > t + ∆t / T > ∆t ) = P(T > t )
不管多长时间(∆t)已经过去， 逗留时间的概率分布与下 一个事件的相同.
排队论课件 15
指数分布性质3
几个独立的指数分布的随机变量的最小有 一个指数分布
U = Min.(T1 , T2 ,..., Tn ) P(U > t ) = e −(α1 +α 2 +...α n )t
♂
排队论课件 18
M/M/1/∞/∞ 或 M/M/1 模型
一个基本地排列模型. 一个服务台, 到达率 λ 和服务率 µ 都服从指数分布。
λ ρ= µ ρ2 ρ Lq = , L= 1− ρ 1− ρ ρ 1 Wq = , W= µ (1 − ρ ) µ (1 − ρ )
Pn = (1 − ρ ) ρ n
队列
队列容量
有限/无限
排队规则
先来先服务（FCFS）；后来先服务； 随机服务； 有优先权的服务； ♂
排队论课件
6
基本排队模型－服务规则
服务机构
服务设施， 服务渠道与服务台 服务台数量 服务时间分布:
指数, 常数, k级Erlang
♂
排队论课件
7
基本排队模型－记号方案
Arrival Queue Server
M/D/1
服务时间不变的服务系统.
D/M/1
确定性到达模式, 及指数分布服务时间. 例如：医生赴约治病的 时间表.
M/E k/1 ♂
服务服从 Erlang 分布. 例如：用相同平均时间去完成一些程序。
排队论课件
25
结束语
排队论是专门研究带有随机因素，产生 拥挤现象的优化理论。也称为随机服务 系统。 排队论应用十分广泛。
α
E ( X (t )) = αt
服务时间的概率 = t 1/α: 平均服务时间
在t时间内已经服务n个顾客 的概率 平均服务率= α
排队论课件 17
指数分布性质5
P(T ≤ t + ∆t / T > t ) ≈ α∆t for small ∆t
More precisely P(T ≤ t + ∆t / T > t ) =α Lim ∆t ∆t →0
1/λ = 期望到达间隔时间 1/µ = 期望服务时间 ρ = 服务强度， 或称使用因子, λ/(sµ)
排队论课件
10
统计平稳条件下的记号
L 平均队长 Lq 平均等待队长
Wq 平均等待时间
W
平均逗留时间
排队论课件 11
L, W, Lq, Wq
L = λW
Lq = λWq
Little’s formula
排队论课件 4
基本排队模型 － 输入过程
顾客来源
有限/无限
顾客数量
有限 无限
经常性的顾客来源.
顾客到达间隔时间: 到下一个顾客到达的时间. 服从某一概率分布. (指数分布)
顾客的行为假定为:
♂
在未服务之前不会离开; 当看到队列很长的时候离开； 从一个队列移到另一个队列。
排队论课件
5
基本排队模型－队列/排队规则
排队论课件
21
M/M/1/N/∞ 举例
M/M/s with Finite Queue
Arrival rate 5 Service rate 6 Number of servers 1 Maximum queue length 4 Utilization P(0), probability that the system is empty Lq, expected queue length L, expected number in system Wq, expected time in queue W, expected total time in system Probability that a customer waits Probability that a customer balks
♂
Probability
排队论课件
22
增加更多服务台 M/M/c
所有服务台是空的概率P0,和所有服务台都在忙的概率 P∞,需要下面比较复杂的公式。
λ ρ= , cµ
(c ρ ) (c ρ ) P0 = ∑ + c !(1 − ρ ) n =0 n !
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 NUMBER IN SYSTEM 26 28 30 32 34 36 38 40
74.94% 0.2506 1.2294 1.9788 0.2734 0.4401 0.7494 0.1007
0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 NUMBER IN SYSTEM 26 28 30 32 34 36 38 40
♂
Probability
排队论课件
24
其他模型
M/M/c/K/K
顾客来源是有限的服务系统. 例如： 一个饭店有 X 张桌子和 Y 个服务生服务来源有限的顾客.
W = Wq +
♂
1
µ
排队论课件
12
指数分布
随机变量 T 密度函数
αe−αt fT (t ) = 0 for t ≥ 0
for t < 0
均值 方差 fT(t) α
E (T ) =
1
1 Var (T ) = α
α
2
分布函数
P(T ≤ t ) = 1 − e −αt E (T ) =
排队论（Queueing Theory）
基本模型 M/M/1 模型 M/M/c 模型 其他模型 结束语
♂ ※
排队论课件 2
基本的排队模型
基本组成 概念与记号 指数分布和生灭过程
♂
排队论课件
3
基本组成
排队系统 输入 来源 顾客 队列 服务机构 服务完离开
排队系统的三个基本组成部分. •输入过程 (顾客按照怎样的规律到达); •排队规则 (顾客按照一定规则排队等待服务); ♂ •服务机构 (服务机构的设置,服务台的数量,服务的 方式,服务时间分布等)
c −1 n c −1
(c ρ ) c P0 P∞ = c !(1 − ρ ) ρ P∞ ρ P∞ Lq = , L = cρ + 1− ρ 1− ρ L 1 W = , Wq = W −
λ
µ
排队论课件
23
M/M/c 举例
M/M/s queuing computations
Arrival rate Service rate Number of servers 10 6 2 83.33% 0.0909 3.7879 5.4545 0.3788 0.5455 Utilization P(0), probability that the system is empty Lq, expected queue length L, expected number in system Wq, expected time in queue W, expected total time in system
排队论课件
1
α
t
13
指数分布性质1
fT(t) 是一个严格下降函数
P(0 ≤ T ≤ ∆t ) > P(t ≤ T ≤ t + ∆t )
fT(t) α
∆t
t
∆t
排队论课件 14
指数分布性质2
无后效性
P(T > t + ∆t / T > ∆t ) P(T > t + ∆t and T > ∆t ) = P(T > ∆t ) P(T > t + ∆t ) e −α ( t +∆t ) e −αt e−α∆t = = −α ( ∆t ) = −α∆t = e −αt = P(T > ∆t ) P(T > ∆t ) e e
0.2 Probability 0.15 0.1 0.05 0 0 2 4 6 8 10 12 14
16 18 20 22 24 NUMBER IN SYSTEM
26
28
30
32
34
36
38
wenku.baidu.com40
排队论课件
20
M/M/1/N/∞单一服务台，固定 长度
固定长度排队意味着若到了最大系统容量顾客将不能 进入系统.
1 λ=µ N +1, Pn = (1 − a )a n ,λ ≠µ 1 − a N +1 N λ=µ 2, L= a 1 − ( N + 1)a N + Na N +1 , λ ≠ µ (1 − a N +1 )(1 − a )
Lq = L − (1 − P0 ), ρ = 1 − P0 W= L 1 , Wq = W − λ (1 − PN ) µ