Sample-Path Analysis of Queueing Systems

Sample-Path Analysis of Queueing Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Muhammad El-Taha
出品人:
页数:316
译者:
出版时间:1998-8-31
价格:GBP 167.50
装帧:Hardcover
isbn号码:9780792382102
丛书系列:
图书标签:
  • 排队论
  • 随机过程
  • 性能分析
  • 马尔可夫链
  • 样本路径
  • 仿真
  • 概率模型
  • 排队网络
  • 可靠性
  • 性能评估
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具体描述

Sample-Path Analysis of Queueing Systems uses a deterministic (sample-path) approach to analyze stochastic systems, primarily queueing systems and more general input-output systems. Among other topics of interest it deals with establishing fundamental relations between asymptotic frequencies and averages, pathwise stability, and insensitivity. These results are utilized to establish useful performance measures. The intuitive deterministic approach of this book will give researchers, teachers, practitioners, and students better insights into many results in queueing theory. The simplicity and intuitive appeal of the arguments will make these results more accessible, with no sacrifice of mathematical rigor. Recent topics such as pathwise stability are also covered in this context. The book consistently takes the point of view of focusing on one sample path of a stochastic process. Hence, it is devoted to providing pure sample-path arguments. With this approach it is possible to separate the issue of the validity of a relationship from issues of existence of limits and/or construction of stationary framework. Generally, in many cases of interest in queueing theory, relations hold, assuming limits exist, and the proofs are elementary and intuitive. In other cases, proofs of the existence of limits will require the heavy machinery of stochastic processes. The authors feel that sample-path analysis can be best used to provide general results that are independent of stochastic assumptions, complemented by use of probabilistic arguments to carry out a more detailed analysis. This book focuses on the first part of the picture. It does however, provide numerous examples that invoke stochastic assumptions, which typically are presented at the ends of the chapters.

随机过程在运筹学中的应用与前沿进展 本书深入探讨了随机过程理论在现代运筹学和工业工程领域中的核心应用,特别关注那些依赖于时间演化和不确定性建模的复杂系统。全书结构严谨,从基础的概率论和马尔可夫过程出发,逐步过渡到更高级的随机分析技术,旨在为读者提供一个全面且深入的理论框架,以应对现实世界中运营、调度和资源分配的挑战。 第一部分:随机过程基础与离散时间系统 本部分奠定了随机过程分析的基石。首先,我们回顾了概率论中的关键概念,如随机变量、矩和收敛性,为后续的随机过程建模做好铺垫。随后,重点聚焦于离散时间马尔可夫链(DTMC)。我们详细阐述了状态空间、转移概率矩阵的性质,并深入分析了连通性、不可约性、正常返性与有限性等核心概念,这些是判断系统长期行为的关键要素。 一个重要章节专门用于分析马尔可夫链的稳态分布和遍历性定理。我们不仅推导了平衡方程的求解方法,还探讨了如何利用这些稳态结果来评估系统的长期性能指标,例如平均等待时间或设备利用率。此外,本书还介绍了二元对称随机游走作为离散时间过程的一个基础模型,并讨论了其在金融建模中的初步应用。 第二部分:连续时间过程与有速率的系统 本部分将分析的视角从离散时间推向连续时间,引入了连续时间马尔可夫链(CTMC)。重点阐述了生成元矩阵($Q$ 矩阵)的构建及其与无穷小生成元的关系。我们详细讲解了福勒-金塞拉(Kolmogorov Forward and Backward Equations)在求解瞬态概率分布中的应用,并讨论了如何利用该框架来描述物理系统随时间的变化。 核心章节深入探讨了泊松过程(Poisson Process)及其多种变体。本书不仅涵盖了标准的齐次泊松过程,还细致分析了非齐次泊松过程和复合泊松过程。通过大量的实例,展示了泊松过程在描述事件到达序列(如客户到达、故障发生)中的不可替代性。此外,我们引入了到达过程和服务过程的概念,为排队论的构建做好准备。 第三部分:半马尔可夫过程与嵌入式技术 为了处理那些服务时间或等待时间不服从指数分布的系统,本部分引入了半马尔可夫过程(Semi-Markov Processes, SMPs)。SMPs 允许在状态之间转移的时间服从任意分布,这极大地扩展了可建模系统的范围。我们详细分析了停留时间分布和转移概率之间的相互作用,并推导了稳态概率的求解方法,特别是通过嵌入式马尔可夫链的技巧。 此外,本书还探讨了如何利用再生点理论(Regenerative Point Theory)来分析具有周期性或可分解特性的随机系统。通过识别系统中的“再生点”,可以将复杂的随机过程分解为一系列独立的、可重复的周期,从而简化性能指标的计算。 第四部分:深入探索随机网络与应用模型 本部分将理论应用于更复杂的、多组件的系统结构,即随机网络。我们首先讨论了和解性(Decomposability)的概念,即如何将大型网络分解为可独立分析的子系统。 随后,本书详细分析了开放式和封闭式网络的性能评估。对于开放式网络,我们探讨了J. M. Jackson网络的稳态解,特别是当所有服务时间和到达过程均为指数分布时,网络各节点可视为独立的M/M/1队列这一重要结论。对于封闭式网络,我们关注平均到达率的平衡性条件和局部平衡方程的应用。 最后,本部分对随机网络中的路由策略进行了探讨,包括固定路由和基于状态依赖的动态路由机制,并引入了随机网络中的最大熵原理作为一种在信息不完全的情况下进行最优分配的工具。 第五部分:高级分析工具:鞅论与随机积分初步 为了满足对更深层次理论有需求的读者,本书在最后部分引入了现代概率论中的高级工具。我们详细介绍了鞅(Martingales)的概念及其性质,包括超鞅和下鞅。鞅论在分析随机过程的停时问题和最优停止问题中具有强大的威力。 此外,本书初步介绍了布朗运动(Wiener Process)作为一种连续时间的扩散模型,并解释了其与泊松过程在随机模型中的角色差异。最后,我们简要阐述了伊藤积分(Itô Integral)的基本思想及其在处理具有随机漂移的随机微分方程(SDEs)中的应用,尽管不进行深入的随机微积分推导,但旨在为读者未来研究这些前沿领域打开一扇门。 总结与特色 本书的特点在于其理论的深度与实际应用场景的紧密结合。每一章都穿插了来自电信网络、生产调度、库存管理和医疗资源分配的经典案例,用以展示随机过程工具箱的有效性。本书不依赖于任何特定排队论的特定结果,而是建立在随机过程的通用框架之上,强调了状态空间分析、平衡方程建立和鞅论工具在处理不确定性系统中的普遍价值。本书的难度适中,适合具有扎实微积分和线性代数基础的研究生和高年级本科生,以及需要深化随机建模能力的工程师和研究人员。

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