Файл: Голенко Д.И. Статистические модели в управлении производством.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 175

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

где ti{q

—число ветвей,

входящих в соответствующий

пучок

альтернатив графа

D(A,V); А'={а'} — множество

конечных вершин графа

D(A,V).

Дальнейшее изложение методов и алгоритмов расче­ та и анализа альтернативных сетевых моделей основано на использовании принятой классификации и введенных понятий.

§ 5. 3. Методы исследования альтернативных сетей

В настоящем параграфе рассматриваются вопросы анализа стохастических сетей на основе принципов и подходов, сформулированных в работе [5.24]. Далее при исследовании смешанных детерминированно-стохасти- ческих сетей мы подробнее остановимся на описании ха­ рактеристических свойств смешанных графов, принципов и методов их преобразования и анализа.

Применение теории ветвящихся процессов в иссле­ довании стохастических сетей. Стохастическая сетевая модель, и особенно дерево исходов как агрегированное представление этой модели, сохраняющее ее основные свойства, могут служить достаточно хорошими формаль­ ными схемами так называемых альтернативных ветвя­ щихся процессов. В связи с этим появляется возмож­ ность эффективного исследования стохастической про­ граммы создания сложного комплекса на базе приме­ нения математического аппарата теории ветвящихся слу­ чайных процессов и цепей Маркова [5.17, 5.18]. Некото­ рые приложения, иллюстрирующие использование ука­ занного аппарата для анализа альтернативных сетей, были описаны в [5.24]. При прогнозировании и планиро­ вании работ по созданию сложных комплексов важным показателем степени сложности и эффективности их про­ ведения является сравнительная оценка количества ра­ бот, выполняемых в задел, т. е. параллельно комплексу операций основного направления программы. Такую оценку можно получить на основании анализа логиче- ' ского дерева программы, рассмотрев вопрос о численно­ сти реализующихся исходов в последовательности поко­ лений [5.24]. Действительно, работы в задел не возника­ ют сами по себе, они стимулируются основной темати­ кой, конечными целями программы и необходимостью


исследования смежных научно-технических направлений в процессе ее осуществления. Часто уже на отрезке вре­ мени создания сложного комплекса параллельное на­ правление приобретает независимость самостоятельной программы. Такого рода ситуацию потенциально отра­ жает дерево исходов как математическая модель про­ граммы и основная характеристика ветвящегося стоха­ стического процесса. Однако при этом молчаливо под­ разумевается, что наряду с постулированным ранее [5.24]

условием 2 р ^ = 1 ( я ; = | Г а г | ) , обозначающим, что в

каждом поколении имеется полная группа несовместных альтернатив, из которых реализуется лишь одна, следует рассмотреть также случаи: когда альтернативы не яв­ ляются несовместными; альтернативы не образуют пол- « ную группу исходов. В первом случае не исключена воз­ можность, что

 

2 рк>1;

 

(5.3.1)

 

ft

 

 

во втором

случае не исключена возможность, что

 

2 pk<\.

 

(5.3.2)

 

h

 

 

Здесь ри — вероятность того, что реализующиеся

исходы

в я-м поколении приведут к реализации

k возможных

исходов в

(гс+1)-м поколении. Заметим,

что в

сетях,

для которых выполняется условие (5.3.1), используются

кроме рассмотренных выше (§ 5.2) типов событий такие

се-события, на выходе которых

реализуется

операция

«неисключающее ИЛИ». Обозначим через zn

количество

реализующихся исходов D(A,V)

в п-м поколении. Тогда

последовательность случайных

величин г0 ,

zu...,

состоя­

щая из целых неотрицательных чисел, образует цепь Маркова. Действительно, из предположений, используе­ мых при формулировке стохастической сетевой модели, вытекает, что количество реализующихся исходов в п-м

поколении

не зависит

от количества исходов в

предше­

ствующих

поколениях. В предположении независимости

Ph от номера поколения

и выполнения одного

из усло-

вий (5.3.1),

(5.3.2) и

2

рц = \,

имеем:

 

 

p7=P{zx = k}

 

(5.3.3)

где

 

 

 

 

 


0,1,...,/, для поколений, содержащих по край­ ней мере конечную вершину;

1,..., /, для поколений, не содержащих конеч­ ных а-вершин.

Общее количество возможных исходов в п-м поколе­ нии обозначается через /.

Из условия независимости исходов следует, ЧТО Z n + 1 распределено как сумма независимых случайных вели­ чин, каждая из которых распределена так же, как zt .

Очевидно, если z n = 0, то с вероятностью,

равной едини­

це, z n + 1 = 0. Цепь Маркова, получающаяся

при этом, мо­

жет быть определена в терминах переходных вероятно­ стей следующим образом:

Pij=P{zn+i=j\zn

= i},

(5.3.4)

где i, j — количество реализующихся исходов соответст­

венно в п-м и (п+1) - м

поколениях.

 

Введем вероятностную

производящую

функцию

f{s)=p0

+ pis+p2s2+---

(5.3.5)

(s — комплексное число), для которой справедливы сле­

дующие соотношения:

 

 

fo(s)=s,

U s )

= / ( * ) , - • • ,

f n + i ( s ) = f ( f n ( s ) ) >

n = l,2, ---,

fn+m(s)=fm(fn(s)),

Ш, П = 0,1,2, • • •

Очевидно, при этом математическое ожидание слу­ чайной величины zj, обозначаемое иногда через mz, бу­ дет

 

M{zx)=mz

= І kph

 

(5.3.6)

 

 

fc=0

 

 

откуда

M{z1}=mz=f

(1),

 

a

o2=f"(l)+mz-m2

.

(5.37)

Моменты величины zn получаются на основе диффе­

ренцирования

f(s) в точке s = l . В теории

ветвящихся

стохастических

процессов

[5.17] доказаны теоремы, сог­

ласно которым при o 2 = D { z } < c o

 

 

M{zn}=mzn,

п = 0,1,2-..

(5.3.8)

D{zn} =

_ ^ < ^ Z L L .

пі? ф\;

(5.3.9)

 

г

 

 

 

по2 '

тг = \


Д ля удобства рассмотрения процесса, представляе­

мого в

виде D(A,V),

отнесем каждому исходу в слу­

чае его

реализации

число 1 и в противном случае — 0.

При фиксированном количестве возможных исходов рас­ пределение суммы случайных величин, отождествляю­ щей собой количество реализующихся исходов в данном поколении, есть /-кратная композиция распределений

возможных исходов, каждое из которых

задано

своей

производящей

функцией

вида (qu + PkS)

(здесь k — ин­

декс исхода).

Указанная

производящая

функция

соот­

ветствует схеме, когда случайная переменная, соответст­ вующая любому исходу, принимает значение 1 и 0 с ве­ роятностями ри и q%. Следовательно, производящая функция суммы реализующихся исходов в одном поко­

лении

может

быть

записана

в

виде:

f (s) = (jt?iS + <7i)X

X(p2s

+ q2) •

 

(pis + qi).

 

 

 

 

В случае,

когда

выполняется

условие

S p i j = l ,

в каж­

 

 

 

 

 

 

 

 

учі

 

дом поколении

реализуется

в

среднем

один

исход.

Действительно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f'(s)=Pi{42

+ p2s)

 

 

(qi+pis)

+

 

 

+ p2(qi

+ pis)

• (q3+p3s)

 

(qi+pis)

+

 

 

 

+

••• + pi{qi+pis)

- . . . • ( ^ - i +

Pi-is).

 

При s = 1 получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ' ( l )

=

Pi+p2+---+pi>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ni

 

 

 

 

а так

как согласно

условию

2 / ? , j = l ,

2

pf t = l ,

то

 

 

 

 

 

 

}—l

 

k

 

 

 

 

 

 

т 2

= М { г і } - 1 .

 

 

(5.3.10)

В общем случае для выяснения характера предельно­

го распределения вероятностей

zn и получения асимпто­

тических формул ветвящегося процесса при достаточно

больших п можно

рассуждать

следующим образом.

С ростом числа

поколений

п вероятность реализации

каждого

исхода, определяемая как произведение веро­

ятностей

цепочки предшествующих исходов, становится

небольшой

величиной, а вследствие ветвления D(A,V)

количество

этих вероятностей значительно возрастает.


Пусть Pi+p2 + ...+Pi=K тогда log/(s) = 2 l o g { l — p f t ( l —

—s)}. Воспользовавшись разложением логарифмической

функции в ряд и учитывая, что при рй-*0

log(ls)

можно представить в виде

s—0(s), получим: log/(s) =

= - ( l - s )

| 2 ( p f t + 0 ( s ) ) } ,

откуда

 

 

log/(s) =

- X ( l - 4 - ) -

(5.3.11)

Таким

образом, предельным распределением г„ при

достаточно больших п появляется распределение Пуас­ сона, в котором параметр Я определяется как сумма ве­ роятностей возможных исходов Я=2/?А. Важность по-

k

лученного результата состоит в том, что независимо от вида распределения f(s) и характера условий, налагае­ мых на сумму ри, предельное распределение zn при до­ статочно больших п всегда показательное. Кроме того, приведенное рассуждение носит конструктивный харак­ тер, так как позволяет осуществить непосредственное определение оценки сверху вероятности ри при извест­ ном количестве а-вершин в п-м поколении, равном /, т.е.

 

Ph=~>

£ = 1 , 2 , . . . , / .

(5.3.12)

Как и следовало ожидать, в полученной формуле от­

сутствует

явная связь

с номером поколения

п. Воспол­

ним этот

пробел, воспользовавшись асимптотической

формулой,

полученной

А. Н. Колмогоровым

[5.19] для

случая m z = l и / " ( 1 ) < о о :

 

 

 

Р

- -

£

у )

'

После подстановки/"(1)

получаем

 

Р ( 2 >

0 ]

 

!

i = l,2,...,/— 1;

Р { * п > Щ -

п 2

р і р .

/ = і , 2 , . . . , / .

Полагая p » = P j = — при достаточно большом количестве

а-вершин в п-м поколении, имеем:

^ > ° > = Т ' -YJ^T

= ^ 2 = Т Г *

( 5 - З Л З )