基于極大似然估計(jì)算法的排隊(duì)模型及其應(yīng)用

吳希

[摘要]排隊(duì)模型是生活中應(yīng)用十分廣泛的模型之一，尤其在醫(yī)院的管理中，很多系統(tǒng)都可以用排隊(duì)模型來模擬。文章中，首先在M/M/1隊(duì)列模型的基礎(chǔ)上，基于隊(duì)列中的現(xiàn)有顧客數(shù)量，利用極大似然估計(jì)法估計(jì)了利用率ρ，并對(duì)ρ的估計(jì)值通過一個(gè)綜合性的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了估計(jì)值的可靠性。最后，結(jié)合醫(yī)院管理中的設(shè)備采購(gòu)問題，探討了對(duì)ρ估計(jì)值的應(yīng)用，對(duì)算法的可行性進(jìn)行了實(shí)踐分析。

[關(guān)鍵詞]M/M/1；隊(duì)長(zhǎng)；轉(zhuǎn)移概率

[DOI]1013939/jcnkizgsc201643121

1介紹

在我們的日常生活中，存在很多的排隊(duì)現(xiàn)象，例如，乘客排隊(duì)等候公共汽車，儲(chǔ)戶在銀行等待服務(wù)，學(xué)生在食堂等待就餐等，除了上述“有形”的排隊(duì)現(xiàn)象之外，還有大量的“無形”的排隊(duì)，排隊(duì)的對(duì)象不一定是人，也可以是物，例如車站、碼頭等交通樞紐的車船堵塞和疏導(dǎo)問題，通信衛(wèi)星與地面若干待傳遞的信息，要降落的飛機(jī)因跑道被占用而在空中盤旋等，可以說，排隊(duì)現(xiàn)象幾乎是無處不在、無可避免的。為了解決排隊(duì)中存在的問題，我們需要對(duì)它進(jìn)行系統(tǒng)的分析。

排隊(duì)系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，分別是輸入過程、排隊(duì)規(guī)則和服務(wù)機(jī)構(gòu)。這里我們主要解決M/M/1型的排隊(duì)問題，概括為顧客到達(dá)滿足Poisson分布，服務(wù)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，系統(tǒng)容量無限，顧客源無限，采用先到先服務(wù)機(jī)制的服務(wù)機(jī)制。為了研究該服務(wù)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的效率、估計(jì)服務(wù)質(zhì)量、研究設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，必須確定一些基本指標(biāo)，用以判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀況的優(yōu)劣。

在評(píng)價(jià)服務(wù)結(jié)構(gòu)服務(wù)設(shè)施的使用情況時(shí)，最常用的指標(biāo)就是利用率ρ，針對(duì)研究者使用極大似然估計(jì)法對(duì)排隊(duì)理論中的指標(biāo)ρ進(jìn)行了估計(jì)。關(guān)鍵的問題是要詳細(xì)敘述極大似然函數(shù)的構(gòu)造方法，如基于顧客的等待時(shí)間或隊(duì)長(zhǎng)等。Aiger（1973）使用連續(xù)到達(dá)的時(shí)間間隔，隊(duì)列的長(zhǎng)度、等待時(shí)間和服務(wù)時(shí)間構(gòu)造了M/M/1的極大似然函數(shù)。Moran（1953）首次在一個(gè)簡(jiǎn)單的生滅過程中構(gòu)造了生滅極大似然函數(shù)。在本文中，我們將通過觀察離開部分的隊(duì)長(zhǎng)或n個(gè)連續(xù)顧客的等待時(shí)間構(gòu)造極大似然函數(shù)。