基于计算机仿真的排队系统优化问题研究

摘要

排队系统优化问题，是排队系统研究内容中的重点和难点。现有解决此类问题的方法主要分为两个方向，一是传统的理论分析方法，二是计算机仿真方法，这两种方法都有一定的优点和不足。 本文首先介绍排队论和离散事件系统仿真的基础知识，包括排队论的基本概念、基本组成、研究内容、性能指标和几种经典的排队系统模型，离散事件系统仿真的步骤。之后研究了几种常用建模方法的特点、建模原则和基本步骤等，主要是DFD图、IDEFO图和Petri网，及本文使用的基于面向对象思想的 UML(Unified Modeling LangtJage)语言。然后介绍了模拟退火算法、禁忌搜索算法和遗传算法等启发式算法的特点、基本思想、主要操作，并进行分析比较。 以上述理论为基础，使用 UML 建模语言，依据面向对象分析设计的方法，建立一种排队系统的一般仿真模型。并针对排队系统优化问题自身特点，提出一种优化策略。设计开发了仿真优化软件。以合适的服务台开启数作为遗传算法的优化目标，依据所建立的排队系统仿真模型，使用C++语言编写仿真程序，模拟系统运行，得到与系统性能密切相关的参数(顾客排队长度和顾客等待时间)，与事先设定的指标相比较，作为遗传算法的适配值函数，然后进行复制、交叉、变异操作，经过一定次数的迭代，最终求得最佳解。 选择某大型超市收款服务系统为具体实验研究对象，使用本文所建立的仿真模型和优化策略及仿真程序求解超市收银台最佳开启数。仿真优化结果表明，与传统仿真方法相比，该方法有效的提高排队系统优化速度，快速获得最优解，并具有很好的稳定性。使用该方法解决排队系统优化问题，既可避免单独使用仿真方法效率低的缺点，又可改善传统解析方法描述系统能力差的不足。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2研究现状简介

1.2.1传统解析方法

1.2.2计算机仿真技术

1.3本文的研究内容

2排队论基础和离散事件仿真系统构建方法

2.1排队论概述

2.1.1排队基本概念

2.1.2基本的排队系统和基本组成部分

2.1.3排队中的研究问题

2.1.4描述排队系统的主要性能指标

2.1.5经典排队系统

2.2离散事件系统仿真

2.3本章小结

3系统建模方法

3.1数据流图

3.1.1数据流图简介

3.1.2数据流图组成要素

3.1.3创建数据流图的原则

3.2 IDEFO建模方法

3.2.1 IDEF族建模方法简介

3.2.2 IDEFO建模方法的基本概念

3.2.3 IDEFO的基本思想

3.2.4 IDEFO的分解规则

3.2.5 IDEFO的建模方法

3.3 Petri网建模方法

3.3.1 Petri网的概况

3.3.2 Petri网基本概念

3.3.3 Petri网建模的一般方法

3.4面向对象技术与UML语言

3.4.1面向对象技术的基本观点

3.4.2面向对象技术的主要概念

3.4.3面向对象的系统分析与设计方法

3.4.4 UML语言概述

3.4.5 UML的特点

3.5几种建模方法的比较

3.6本章小结

4启发式算法介绍

4.1模拟退火算法

4.1.1模拟退火算法基本思想和一般步骤

4.1.2模拟退火算法关键参数和操作的设计

4.2禁忌搜索算法

4.2.1禁忌搜索算法流程和特点

4.2.2禁忌搜索的关键参数和操作

4.3遗传算法

4.3.1遗传算法的主要特征

4.3.2遗传算法的基本流程

4.3.3算法关键参数与操作的设计

4.4遗传算法与几种启发式算法的比较

4.5本章小结

5基于UML的排队系统模型和结合遗传算法的排队系统优化方法

5.1排队系统模型需求分析和Rational Rose简介

5.2排队系统流程分析和仿真模型活动图

5.3排队系统模型的功能模块划分和简单类图设计

5.5系统主要对象的状态图和对象交互的顺序图

5.5细化排队系统类图

5.6计算机仿真和遗传算法相结合解决排队系统优化问题

5.7本章小结

6超市排队系统优化仿真

6.1超市收款服务系统数据采集

6.2超市收款服务系统数据统计和检验

6.3超市收款服务系统仿真优化程序的编写和运行结果分析

6.4本章小结

7结论

参考文献

附录

在学研究成果

致谢