- •СОДЕРЖАНИЕ
- •2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
- •2.1. Математические модели.
- •2.2. Типовые схемы моделирования
- •2.3. Непрерывно-детерминированные модели (D-схемы)
- •2.6. Марковский случайный процесс
- •Рис. 2.4. Система АЛУ – память
- •2.7 Непрерывно – стохастические модели (Q – схемы)
- •2.7.1. Системы массового обслуживания. Потоки событий
- •2.7.2. Простейший поток
- •2.7.3. Непрерывные марковские цепи. Уравнения Колмогорова
- •2.7.4.Диаграмма интенсивностей переходов
- •2.7.5 Формула Литтла
- •2.7.7. Замкнутые системы массового обслуживания (СМО с ожиданием ответа)
- •2.7.8. Распределение Эрланга. Метод этапов
- •Рис 2.20. Пример использования метода псевдосостояний
- •2.7.8. Немарковские СМО
- •3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
- •3.1. Условия применения имитационного моделирования
- •3.2. Этапы имитационного моделирования
- •3.3. Способы моделирования случайных величин
- •3.4. Равномерно-распределённые случайные числа (РРСЧ).
- •3.4.1. Методы формирования РРСЧ.
- •3.4.2. Проверка качества последовательностей РРСЧ
- •3.5. Формирование случайных величин с заданным законом распределения.
- •3.5.1. Метод обратной функции.
- •3.5.2. Универсальный метод
- •3.5.3. Метод исключения (отбраковки, режекции, Дж. Неймана)
- •3.5.4. Метод композиции (суперпозиции).
- •3.6. Формирование случайных векторов с заданными вероятностными характеристиками
- •3.7. Моделирование случайных событий
- •3. 8. Сетевые модели
- •3.8.1. Сети Петри
- •3.8.2. Е-сети
- •3.8.3. Сетевая модель взаимодействующих параллельных процессов в операционной системе.
- •3.9. Управление модельным временем
- •3.10. Планирование машинных экспериментов
- •3.11. Обработка экспериментальных данных
- •3.11.1. Экспериментальные оценки
- •3.11.2. Оценки для математического ожидания и дисперсии
- •3.11.2. Доверительные интервал и вероятность
- •3.11.3. Точность. Определение числа реализаций
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Основная литература
происходящий в системе, марковским не является, и для него мы не можем написать алгебраические уравнения.
Чтобы |
искусственно |
свести |
это |
процесс |
к |
марко, введескому |
в цепочку |
состояний, вместо |
одного |
состоянияS2, три |
последовательных |
||
«псевдосостояния»: |
|
|
|
|
|
S21 — ремонт начинается; S22 — ремонт продолжается; S23 — ремонт заканчивается,
т. е. разделим ремонт на три этапа, причем время пребывания системы в каждой
из фаз будем считать распределенным |
по показательному |
. |
законуГраф |
|||||
состояний будет иметь ,видпоказанный на |
рис.2.20б, где |
роль |
одного |
|||||
состояния S2 |
будут |
играть три |
псевдосостоянияS21, S22 |
и |
S23. Процесс, |
|||
протекающий в такой системе, уже будет марковским. |
|
|
|
|
||||
Обозначим P21, P22 и P23 — предельные |
вероятности |
пребывания |
||||||
системы в псевдосостояниях S21, S22 и S23; тогда |
|
|
|
|
|
|||
Среднее |
время |
P2 = P21+ P22+ P23. |
ремонта |
для |
каждой из |
|||
пребывания |
процесса |
|||||||
одинаково, следовательно: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
P21= P22= P23. |
|
|
|
|
|
а) |
|
|
S1 |
|
|
|
|
|
S2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
μ |
|
|
|
μ |
|
μ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S1 |
|
|
S21 |
|
|
S22 |
|
|
|
S23 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис 2.20. Пример использования метода псевдосостояний
Запишем уравнение для предельной вероятности состояния P1:
λP1=μP23,
m
P1 = l P23 .
Нормировочное уравнение:
65
|
|
|
P1 + P21 + P22 + P23 +1; |
|
|
||||||||||
|
|
|
m |
P + |
3P |
|
= 1; |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
l |
23 |
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
P23 |
= |
|
l |
|
|
. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
3l + m |
|
|
|
|
||||
Отсюда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P = |
m |
P = |
|
|
|
m |
, |
P = |
3P = |
|
3l |
. |
|||
|
|
3l + m |
|
|
|||||||||||
1 |
l 23 |
|
|
|
2 |
23 |
3l + m |
Заметим, что метод псевдосостояний допускает сравнительно простое решение задачи только в самых простых случаях, когда число состояний исходной системы невелико. Однако, иногда удается применить этот метод и к задачам, где число состояний не очень мало; во всяком случае, получить если не буквенное, то численное приближенное решение соответствующей системы линейных алгебраических уравнений. Рассмотрим в связи с этим
процедуру построения модели с неограниченной очередью аппроксимации потока обслуживания или входного потока потоком Эрланга.
1. Система М/Еk/1. Входной поток − простейший с интенсивностьюλ,
поток обслуживания − поток Эрланга порядкаk с интенсивностью L = m ( μ − k
интенсивность порождающего простейшего потока). Очередь не ограничена. Структура этой системы представлена на рис. 2.21.
λ |
kμ |
kμ |
… |
kμ |
|
1 |
2 |
|
k |
|
Рис 2.21. Система М/Еk/1/∞ |
|
Будем описывать состояние системы в определённый момент времени общим числом этапов обслуживания, через которое должны пройти все находящиеся в этот момент в системе заявки до полного завершения их обслуживания.
Если в системеn заявок, а обслуживаемая находится наi-ом этапе обслуживания, то общее число этапов обслуживания для всех заявок, то есть текущее состояние:
j = (n -1)k + (k - i + 1) = nk - i +1.
ДИП для этой системы представлена на рис. 2.22.
66
Используя закон сохранения потоков вероятностей (сумма входящих равна сумме исходящих), построим систему алгебраических уравнений для предельных вероятностей состояний:
ìlP |
= kmP |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ï 0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
+ l)Pj = kmPj |
+1, |
1 £ j £ k -1; |
|
|
|
|
|||||||
í(km |
|
|
|
|
||||||||||
ï |
+ l)P |
|
= kmP |
|
|
+ lP |
|
, |
j ³ k . |
|
|
|
|
|
ï(km |
j |
j |
+ |
j -k |
|
|
|
|
||||||
î |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ввиду |
|
неограниченности |
|
мест |
ожидания |
эта |
система |
соде |
||||||
бесконечное |
число |
|
уравнений. Тем |
не |
менее, при |
выполнении условия |
|
стационарности lm <1, предельные вероятности состояний существуют и могут быть найдены.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
λ |
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
... |
|
k-1 |
|
|
k |
|
|
|
k+1 |
... |
|
|
|
2k |
|
... |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kμ |
|
kμ |
|
|
|
kμ |
|
|
kμ |
kμ |
|
|
|
|
kμ kμ |
|
|
kμ |
Рис 2.22. ДИП для системы М/Еk/1/∞
Для этого можно использовать следующий прием. Переходим к системе М/М/1/∞ с интенсивностью потока обслуживанийμ. Задаваясь определенной точностью, находим максимальное количество заявок, которые могут реально находиться в системе. Тем самым мы ограничиваем ДИП и систему уравнений
для системы М/Е/1/∞. Теперь эту систему можно решить и найти вероятности
r
состояний Pi. Для дальнейшего анализа характеристик эффективности системы
нам потребуются вероятности P |
* |
нахождения в системеi заявок, которые |
|||
|
i |
|
|
|
|
можно рассчитать следующим образом: |
|
||||
P* = |
k(i-1)+1 |
|
|||
|
å |
P |
j |
. |
|
i |
j=ik |
|
|
||
|
|
|
|
При большом числе состояний удобно использовать для решения системы
67
алгебраических |
уравнений |
метод итераций, равномерно распределив для |
|||||||
первой итерации значения вероятностей состояний системы М/1/М∞ между |
|||||||||
состояниями этапов системы М/Еr/1/∞. |
|
|
|
|
|||||
2. |
Система |
Еk/М/1. |
Входной |
поток |
− |
поток Эрланга порядкаk с |
|||
интенсивностью |
L = |
l |
( λ |
− интенсивность |
порождающего |
простейшего |
|||
|
|||||||||
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
потока), поток обслуживания − простейший с интенсивностьюμ. Очередь не |
|||||||||
ограничена. Будем предполагать, что прежде, чем попасть в систему, заявка |
|||||||||
должна |
пройти k этапов |
поступления |
в |
приемном устройстве. Время |
|||||
прохождения |
одного |
этапа |
имеет |
|
показательное |
распределение |
интенсивностью kλ. Структура этой системы представлена на рис. 2.23.
|
приёмное устройство |
|
обслуживающий прибор |
|
kl |
kl |
… |
kl |
μ |
1 |
2 |
|
k |
|
Рис 2.23. Система Еr / М /1/∞
Будем описывать состояние системы в определённый момент времени общим числом этапов поступления, через которые прошли все находящиеся в данный момент в системе заявки плюс количество этапов, пройденных вновь поступающей заявкой.
Если в системеn заявок, а очередная поступающая находится наi-ом этапе, то общее число этапов поступления для всех заявок, то есть текущее состояние:
j = nk + i -1.
На вход приёмного устройства поступает новая , заявкакак только предыдущая появляется на его выходе. Уход из системы обслуженной заявки уменьшает суммарное число этапов поступления на k.
ДИП для этой системы представлена на рис. 2.24.
68