在学校里,食堂打饭我们要排队,超市付款我们要排队,洗衣洗澡我们照样要排队。你知道吗,排队作为我们日常中最常见的现象,已经成为了研究运筹学的数学家们认真研究的课题。
兵者,诡道也。
——《孙子兵法始计篇》
最早的博弈论可以说是《孙子兵法》,现如今博弈论也已成为运筹学的一门重要分支。
(一)排队论是干嘛的
排队论是运筹学的又一个分支,它又叫做随机服务系统理论。它是研究各式各样的排从现象的。
人们排队是常见的现象,不仅人要排队,东西也要排队,比如,码头的船只等待装卸,停车场的出租汽车等待租乘的旅客等等。
这里有一个问题是,怎样协调“服务机构”和“服务对象”之间的矛盾。比如,多增加一些出租汽车,旅客就方便了,但是服务机构成本增加了;相反地,服务机构成本下降,但是旅客排队的时间就延长了。设法寻求能够达到服务标准的服务机构的最少设备,使得在满足服务对象条件之下,服务机构的花费最为经济;就是排队论要解决的主要问题。
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(二)排队问题的解决
因为排队现象是一个随机现象,因此在研究排队现象的时候,主要是采用研究随机现象规律的概率论作为本学科的主要工具。此外,还要用到微积分和微分方程。
排队论把它所要研究的问题形象地描述成顾客(比如电话用户、发生故障的机床等等)来到服务台前(比如电话线路维修工人等等)要求接待。如果“服务台”已被其他顾客占用,那么就得排队等待。另一方面,“服务台”也时而空闲,时而忙碌。排队论这门学科就是通过数学方法求顾客等待时间、排队长度等的概率分布。
排队论的应用不仅是上面所讲的这一类问题,象水库用水量的调度、存储问题、生产流水线的安排、铁路分车场的调度、电力网的设计等,也都可以运用排队论的基本理论来进行计算,从而获得最合理的解决办法。
(三)何谓对策论
对策论也叫做博弈论,中国的《孙子兵法》,可以说是最早的博弈论。它不仅是战场上的博弈,更是心理上的博弈。但作为运筹学的一门分支,对策论的发展也只有几十年的历史。系统地创建这门学科的数学家,现在一般公认是美籍匈亚利人冯·诺伊万(1903-1957)。
最初用数学方法研究“对策现象”是在国际象棋中开始的。国际象棋中的三种走法(自始至终的一种走法)必定存在一种:不管黑方怎样行动,白方总能取胜的走法;或者不管白方怎样行动,黑方总能取胜的走法;或者有一方总能保证达到和局的走法。
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数学家们把对于有利害冲突的双方在竞争性的活动中是否存在自己制胜对方的最优策略?怎样找出这些策略?双方的损耗情况等,用数量关系来描述,并寻找双方最优策咯,这就构成了这门对策论的研究内容。
(四)对策论的应用
由于研究双方冲突、制胜对策的问题,所以这门学科在军事方面有着十分重要的应用。比如,在战斗中,甲方用一定数量的兵力向乙方进攻,可能有几条进攻的路线;乙方也会部署一定数量的兵力,并且布置在甲方可能进攻的路线上。在这种情况下,甲方为了使进攻获得最大战果,就要考虑集中一路或分几路进攻;乙方呢,也要依据甲方可能进攻的路线部署自己的兵力。也就是说,甲乙双方都要寻求自己的最好的斗争方法,在数学术语上叫做寻求最优纯策略。
在第二次世界大战中,同盟国的空军和海军就曾经运用对策论的理论解决了对轴心国的潜艇活动、舰队运输和兵力部署调配的侦察问题,取得了对敌斗争的胜利。
近年来,有些国家的数学家还对水雷和舰艇、歼击机和轰炸机之间作战、追踪等问题进行了研究,提出了追逃双方都能由决策行动的数学理论。
目前,对策论发展的趋势已和人工模拟结合起来,据报导,国外已研究了一种下棋机,就是把国际象棋的各种可能走法都编成程序,送入电子计算机,对方走一步,电子计算机就选择事先编好的最好的一步,电子计算机的走法是根据对策论的理论进行了全面的计算的,所以下棋机的走法都是最优的走法据说已达到了国际象棋大师级的水平。
对策论现在已经深入到经济、文体、教育等许多领域,比如,工厂的管理问题,球队的比赛问题都应用了对策论的理论。这些说明对策论的应用是十分广泛的。
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