- •Экономико-математические методы и модели
- •Содержание
- •Лекция 1. Теоретические основы экономико-математического моделирования
- •1 Объекты изучения и методы исследования курса «Экономико-математические методы и модели»
- •2 Понятие экономико-математической модели и моделирования
- •3 Классификация экономико-математических моделей
- •4 Основные этапы экономико-математического моделирования
- •5 Программное обеспечение экономико-математического моделирования
- •Лекция 2. Система экономико-математических моделей оптимального планирования и управления
- •1 Понятие оптимизационных задач и оптимизационных моделей
- •2 Методика построения оптимизационной модели
- •3 Основные типы линейных экономико-математических моделей
- •1.3 Модели рационального распределения материальных ресурсов. В общем виде данная задача может быть сформулирована следующим образом:
- •Лекция 3. Экономико-статистическое моделирование и прогнозирование
- •1 Понятие экономико-статистической модели
- •2 Основные инструменты анализа экономических данных1
- •3 Применение корреляционного анализа для решения экономических задач1
- •4 Применение регрессионного анализа для решения экономических задач1
- •5 Трендовые модели прогнозирования экономических процессов
- •Лекция 4. Модели оптимального управления товарными запасами
- •1 Основные понятия экономико-математических моделей управления запасами
- •2 Модели управления однономенклатурными запасами1
- •3 Модели управления многономенклатурными запасами2
- •Лекция 5. Модели систем массового обслуживания
- •1 Понятие о системах массового обслуживания (смо)
- •2 Основные характеристики смо1
- •3 Классификация смо
- •4 Экономико-математическая постановка задач массового обслуживания
- •Лекция 6. Методы и модели сетевого планирования и управления
- •1 Особенности и назначение систем сетевого планирования и управления
- •2 Основные понятия, определения и графические обозначения спу
- •3 Правила построения сетевых графиков
- •4 Основные параметры сетевых моделей и методы их расчета
- •5 Постановка задач для решения методами спу
- •6 Виды и сущность оптимизации сетевых моделей
- •Лекция 7. Экономико-математические методы и модели теории игр
- •1 Предмет и задачи теории игр
- •2 Матричные игры с нулевой суммой
- •3 Решение матричных игр в чистых стратегиях
- •4 Решение матричных игр в смешанных стратегиях
- •5 Решение статистических игр по различным критериям
- •Лекция 8. Модели межотраслевого баланса
- •1 Общие понятия балансового метода
- •2 Принципиальная схема межотраслевого баланса
- •3 Экономико-математическая модель межотраслевого баланса
- •Литература
2 Основные характеристики смо1
СМО включает следующие элементы: источник требований, входящий поток требований, очередь, обслуживающее устройство (канал обслуживания), выходящий поток требований (обслуженных заявок).
Каждая СМО предназначена для обслуживания (выполнения) некоторого потока заявок (требований), поступающих на вход системы, в основном, не регулярно, а в случайные моменты времени. Обслуживание заявок также длится не постоянное, заранее известное время, а случайное время, которое зависит от многих случайных причин. После обслуживания заявки канал освобожден и готов к приему следующей заявки. Случайный характер потока заявок и времени их обслуживания приводит к неравномерной загруженности СМО: в некоторые промежутки времени на входе СМО могут скапливаться необслуженные заявки, что приводит к перегрузке СМО, в некоторые же другие интервалы времени при свободных каналах на входе CMО заявок не будет, что приводит к недогрузке СМО, т.е. к простаиванию ее каналов. Заявки, скапливающиеся на входе СМО, либо "становятся" в очередь, либо по какой-то причине невозможности дальнейшего пребывания в очереди покидают СМО необслуженными.
Схема СМО изображена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Схема системы массового обслуживания
Каждая СМО включает в свою структуру некоторое число обслуживающих устройств, которые называют каналами обслуживания. Роль каналов могут играть различные приборы, лица, выполняющие те или иные операции (кассиры, операторы, продавцы), линии связи, автомашины и т.д.
Каждая СМО в зависимости от своих параметров: характера потока заявок, числа каналов обслуживания и их производительности, а также от правил организации работы обладает определенной эффективностью функционирования (пропускной способностью), позволяющей ей более или менее успешно справляться с потоком заявок.
СМО является предметом изучения теории массового обслуживания.
Цель теории массового обслуживания — выработка рекомендаций по рациональному построению СМО, рациональной организации их работы и регулированию потока заявок для обеспечения высокой эффективности функционирования СМО.
Для достижения этой цели ставятся задачи теории массового обслуживания, состоящие в установлении зависимостей эффективности функционирования СМО от ее организации (параметров).
В качестве характеристик эффективности функционирования СМО можно выбрать три основные группы (обычно средних) показателей:
1. Показатели эффективности использования СМО:
1.1. Абсолютная пропускная способность СМО — среднее число заявок, которое сможет обслужить СМО в единицу времени.
1.2. Относительная пропускная способность СМО - отношение среднего числа заявок, обслуживаемых СМО в единицу времени, к среднему числу поступивших заявок за это же время.
1.3. Средняя продолжительность периода занятости СМО.
1.4. Коэффициент использования СМО — средняя доля времени, в течение которого СМО занята обслуживанием заявок.
2. Показатели качества обслуживания заявок:
2.1. Среднее время ожидания заявки в очереди.
2.2. Среднее время пребывания заявки в СМО.
2.3. Вероятность отказа заявке в обслуживании без ожидания.
2.4. Вероятность того, что поступившая заявка немедленно будет принята к обслуживанию.
2.5. Закон распределения времени ожидания заявки в очереди.
2.6. Закон распределения времени пребывания заявки в СМО.
2.7. Среднее число заявок, находящихся в очереди.
2.8. Среднее число заявок, находящихся в СМО, и т.п.
3. Показатели эффективности функционирования пары "СМО — потребитель", где под "потребителем" понимают всю совокупность заявок или некий их источник (например, средний доход, приносимый СМО в единицу времени, и т.п.).
Случайный характер потока заявок и длительности их обслуживания порождает в СМО случайный процесс. Поскольку моменты времени Ti и интервалы времени поступления заявок T, продолжительность операций обслуживания Тобс, простоя в очереди Tоч, длина очереди lоч — случайные величины, то характеристики состояния систем массового обслуживания носят вероятностный характер. Поэтому для решения задач теории массового обслуживания необходимо этот случайный процесс изучить, т.е. построить и проанализировать его математическую модель.
Математическое изучение функционирования СМО значительно упрощается, если протекающий в ней случайный процесс является марковским. Чтобы случайный процесс был марковским, необходимо и достаточно, чтобы все потоки событий, под воздействием которых происходят переходы системы из состояния в состояние, были (простейшими) пуассоновскими.
Простейший поток обладает тремя основными свойствами: ординарности, стационарности и отсутствия последействия.
Ординарность потока означает практическую невозможность одновременного поступления 2-х и более требований. Например, достаточно малой является вероятность того, что в магазине самообслуживания одновременно выйдут из строя несколько кассовых аппаратов.
Стационарным называется поток, для которого математическое ожидание числа требований, поступающих в систему в единицу времени (обозначим λ), не меняется во времени. Таким образом, вероятность поступления в систему определенного количества требований в течение заданного промежутка времени ∆T зависит от его величины и не зависит от начала его отсчета на оси времени.
Отсутствие последействия означает, что число требований, поступивших в систему до момента T, не определяет того, сколько требований поступит в систему за время (T + ∆T). Например, если в кассовом аппарате в данный момент произошел обрыв кассовой ленты и он устранен кассиром, то это не влияет на возможность нового обрыва на данной кассе в следующий момент и тем более на вероятность возникновения обрыва на других кассовых аппаратах.
Для простейшего потока частота поступления требований в систему подчиняется закону Пуассона, т. е. вероятность поступления за время T ровно k требований задается формулой
, (5.1)
где λ — интенсивность потока заявок, т. е. среднее число заявок, поступающих в СМО в единицу времени,
, (5.2)
где τ — среднее значение интервала времени между двумя соседними заявками.
Для такого потока заявок время между двумя соседними заявками распределено экспоненциально с плотностью вероятности
. (5.3)
Случайное время ожидания в очереди начала обслуживания тоже можно считать распределенным экспоненциально:
, (5.4)
где ν — интенсивность движения очереди, т. е. среднее число заявок, приходящих на обслуживание в единицу времени,
, (5.5)
где Точ - среднее значение времени ожидания в очереди.
Выходной поток заявок связан с потоком обслуживания в канале, где длительность обслуживания Тобс является случайной величиной и подчиняется во многих случаях показательному закону распределения с плотностью
, (5.6)
где μ — интенсивность потока обслуживания, т. е. среднее число заявок, обслуживаемых в единицу времени,
. (5.7)
Важной характеристикой СМО, объединяющей показатели λ и μ, является интенсивность нагрузки, которая показывает степень согласования указанных потоков заявок:
. (5.8)
Перечисленные показатели k, τ, λ, lоч, Точ, ν, Тобс, μ, ρ, Рk являются наиболее общими для СМО.