Материал: Прикладные задачи теории массового обслуживания.

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Заметим, что описанный выше регулярный поток событий можно рассматривать как предельный случай нормального по­ тока при at— И). Действительно, при at— Ю имеем

 

_

±

/ t-mt \2

 

Иш

1

2

I

)

(1.5.13)

------ Л

 

 

= <>(*—m t),

а,-*0 V "я Of

 

 

 

 

т. е. при ot— >-0 нормальная

плотность распределения переходит

в дельта-функцию.

 

 

 

 

Т* между дву­

Найдем плотность распределения интервала

мя соседними событиями, на который случайным образом пада­ ет точка S (см. рис. 1.2.2):

t

t

1 (‘- " tV

2 \ at )

/* (* )= — /(*)=

mt V ”2я ot

(t> 0). (1.5.14)

щ

 

Определим числовые характеристики интервала Т* [см. (1.2.1),

(1.2.2)]:

 

 

 

 

 

mt*=tnt-\----------mt-1--------;

 

(1.5.15)

 

 

mt

mt

 

 

D [7 4 -

^[7*]

Ш\ТЦГ-

 

 

 

 

m t

m \

 

 

Величина М[Г3] для нормального закона будет

 

М [7'3]=

а3= J tzf(t)d t = 3 m p ^ m f .

 

С учетом последнего равенства получаем

 

 

(°? + л*/)2

 

Di

 

 

£)[Г*] = За2+ /и*-

 

 

-Ц(-(/71? —/),).(!. 5.16)

 

 

 

т :

 

 

Закон распределения

случайной

величины 0

(см. рис. 1.3.1) —

промежутка времени

между

точкой 5 и следующим

за этой

точкой событием, будет [см. (1.3.2)]:

 

 

®(0) = 1- /Ч» )

- - P i * )

> 0 ),

(1.5.17)

щщ

где

JC

Г-

(1.5.18)

Ф *(л)=-Л г. f е

2 dt

V 2Я

 

 

нормальная функция распределения.

23

Числовые характеристики случайной величины 0 найдем из выражений (1.3.5) и (1.3.7)

 

т{ = МЩ =

Д(_1 .

(1.5.19)

 

 

 

mt J ’

 

 

 

Д2

 

0

D[0]

 

 

(1.5.20)

3mt

4mJ

 

 

 

12

При выполнении условия (1.5.12) эта величина не может быть отрицательна.

Характеристическая функция интервала между соседними со­ бытиями в нормальном потоке имеет вид

g{x)= \

оМх .

г

2 '

' Л*

imt

 

 

dt = e

1 2 (1.5.21)

 

]

2л

 

 

 

3. Поток Эрланга

Поток Эрланга получается путем особого преобразования («разрежения») простейшего потока. Это преобразование осу­ ществляется путем выбрасывания некоторых событий из про­ стейшего потока (рис. 1.5.2).

Рис. 1.5.2 Рис. 1.5.3

В верхней части рисунка изображен простейший поток П.

Предположим, что из него выбрасывается каждая вторая точка (событие). Оставшиеся невыброшенными события составляют новый поток событий, который называется потоком Эрланга 1-го порядка Э\. Если выбрасывать два события подряд и оставлять

в потоке каждое третье событие, то пдлучим поток Эрланга 2-го порядка Э2 (рис. 1.5.3) и т. д.

Теперь можно дать следующее общее определение: потоком Эрланга k-го порядка называется поток Пальма, у которого ин­

тервалы между событиями представляют собой сумму (&+1) не­ зависимых случайных величин, распределенных одинаково по показательному закону с параметром X. Параметр X представля­ ет собой интенсивность исходного простейшего потока П. Вели­ чина k может принимать значения 0, 1, 2, При &= 0 получаем

24

исходный простейший поток /7, так как никакого преобразования мы не делаем.

Можно доказать, что плотность распределения случайной ве­ личины Г-интервала между двумя соседними событиями в пото­ ке Эрланга k-то порядка равна

Л ( 0 = - ^ - в - » (/ > 0 ).

(1.5.22)

АН

 

Для дальнейших расчетов нам понадобится ввести в рассмот­

рение специальную функцию

 

P{k,

(1.5.23)

Напомним, что вероятность P(k, а) равна

вероятности того,

что случайная величина Ху распределенная

по закону Пуассона

с параметром а, примет значение k\

 

 

 

P{k,

a) = P (X = k).

 

(1.5.24)

Таким образом:

 

 

 

 

f k(t) = t.p(k,

U).

 

 

Функция распределения случайной величины Т будет иметь

вид

 

k

 

 

/

 

 

 

г * (0 = 5 Л (0 л = 1 -

2 - ^ г -

'

(1.5.25)

О

/1 = 0

 

 

Если ввести в рассмотрение функцию

кк

R(k, а) = 2 -Д- «"" =

2 Я(//’

(1-5.26)

и=0

п=О

 

то выражение для функции распределения примет вид

 

F(t) = 1 —/?(Л,

>Л

(1.5.27)

Функция R(k, а) равна вероятности того, что случайная величи­

на X, распределенная по закону Пуассона с параметром а, при­ мет значение не большее k:

R{k,

a)= ^P {X ^k).

(1.5.28)

Таблицы функции R(k, а)

даны в приложении.

введен­

В дальнейшем изложении будем часто пользоваться

ными функциями P(k, а) и R(k, а), поэтому советуем читателю

25

запомнить их определения. Между функциями P(k, а) и JR(k, а)

существуют следующие соотношения:

dR(k, а) —

P(k, а)\

(1.5.29)

da

 

 

со

 

 

R(k, a ) = [ P { k , x)dx\

(1.5.30)

a

 

 

P{k, a)=R(k,

a) — R{k — \, a),

(1.5.31)

в справедливости которых читатель может убедиться самостоя­ тельно.

При больших значениях параметра а (а > 20) для вычисления функции R(k, а) можно пользоваться следующим приближенным

выражением:

 

R(k,

а)^Ф *

 

(1.5.32)

 

X

г -

 

 

где Ф* {х) — — ^

[ е

2 eft— нормальная

функция распреде­

ли Л

 

 

 

ленчя.

 

 

 

 

Помимо этого, полезно знать следующие свойства функций

P(k, a ),R (k , а):

 

 

 

 

ИшЯ(0, а ) = 1 ;

НтР( £, а) = 0;

llm/?(£,

а ) = 1 ; UrnR(k, а)— 1.

а-0

а->0

(ft ф0)

a-+Q

ft-*»

Рассмотрим случайную величину X, распределенную по за­ кону Пуассона с параметром а, и найдем наивероятнейшее зна­

чение /г* Это значение определяется из условия

P(k*> a) = maxP(k, а).

л

Для того чтобы выполнялось это равенство, требуется сов­ местное выполнение двух неравенств:

P ( k * - 1,

a ) < P ( k \

а);

P(k' + 1,

а ) < Я( й *,

а).

Из первого неравенства имеем

„ft*

■е~а <

(k* — 1)!

^ k*\

откуда

а > k*

26

Из второго неравенства

а*♦+1

<

 

(к* + 1)!

к*\

 

откуда

a < k ' + 1.

Объединяя эти два неравенства, получим

а — 1 < к* < а ,

где к* — целое неотрицательное число.

Рассмотрим положительное число а и обозначим [а] его целую

часть («антье»), т. е. наибольшее целое число, заключенное в а.

Например,

если

а = 7,85, то

[а] = 7;

если а=0,3, то [а] = 0; если

а — целое

число,

то [а]=а.

Тогда

(если а — нецелое число)

наивероятнейшее значение k* будет определяться из равенства

к* = [а]. Если а< 1, то &* = 0; если а — целое

число, то имеются

два наивероятнейших значения: k{* = a и

=

— 1. При этом

Р(а, а) = Р(а — 1,

а).

 

Вернемся к рассмотрению потока Эрланга й-го порядка. Чис­ ловые характеристики интервала Т между двумя соседними со­

бытиями в этом потоке будут

^ = ^ Л ( 0 Л = - ^ .

(1-5.33)

0

 

Dl = ^ ( t - m ty / k{t)dt = ±±}-

(1.5.34)

о

 

Плотность распределения интервала времени Г*, на который случайным образом падает точка S [см. формулу (1.2.3)], через функцию P{k, а) выразится следующим образом:

= — /*(*) = — г г -

^ ^ е - * ' = ХР(*4-1, Щ (1.5.35)

k -f- 1

к\

1

 

Таким образом, случайная величина Т* будет подчинена за­

кону Эрланга (&+1)-го порядка. Числовые характеристики слу­ чайной величины Т* будут

М [ Г ] = г - £ ± ! ;

(1.5.36)

К

 

D [ n = _ k ± l

(1.5.37)

27

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/83058