Nghiên cứu một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi và ứng dụng mô phỏng hệ thống giao dịch ngân hàng

i đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin và truyền thông Vũ NGọC Hà Nghiên cứu một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi Và ứng dụng mô phỏng hệ thống giao dịch ngân hàng luận văn thạc sĩ khoa học máy tính thái nguyên 2014 ii đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin và truyền thông Vũ NGọC Hà Nghiên cứu một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi Và ứng dụng mô phỏng hệ thống giao dịch ngân hàng Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 luận văn thạc sĩ khoa học máy tính Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS. Lê Quang Minh thái nguyên - 2014 iii iv LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi vô cùng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lê Quang Minh, người thầy đã trực tiếp dành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn, cung cấp những thông tin, tài liệu quý báu giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên và các giảng viên đã tạo nhiều điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong tập thể lớp Cao học khoá 11A, ngành Khoa học máy tính đã ủng hộ, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập. Sau cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến người thân, cùng bạn bè, đồng nghiệp cơ quan và gia đình, những người luôn cổ vũ động viên tôi hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ này. Thái Nguyên, ngày 26 tháng 5 năm 2014 HỌC VIÊN Vũ Ngọc Hà v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined. LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THI x MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI 3 1.1. Vai trò của hệ thống hàng đợi. 3 1.1.1. Giới thiệu 3 1.1.2. Các thành phần cơ bản 3 1.2. Hệ thống hàng đợi. 4 1.2.1. Mô tả hệ thống hàng đợi. 4 1.2.2. Mô hình hóa một hệ thống hàng đợi 6 1.3. Các yếu tố của hệ thống hàng đợi 8 1.3.1. Dòng yêu cầu đầu vào 8 1.3.2. Hàng đợi 10 1.3.3. Kênh phục vụ 10 1.3.4. Dòng yêu cầu đầu ra 11 1.3.5. Các quy luật hoạt động của hệ thống phục vụ 11 1.4. Trạng thái hệ thống phục vụ 13 1.4.1. Định nghĩa 13 1.4.2. Quá trình thay đổi trạng thái của hệ thống phục vụ 13 1.4.3. Sơ đồ trạng thái 14 1.4.4. Qui tắc thiết lập hệ phương trình trạng thái 14 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẢI BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI 17 vi 2.1. Một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi cơ bản 17 2.1.1. Kỹ thuật hàng đợi cổ điển với mô hình M/M/1 17 2.1.2. Kỹ thuật hàng đợi với mô hình M/M/1/K 21 2.1.3. Kỹ thuật hàng đợi với mô hình M/M/m 24 2.1.4. Kỹ thuật hàng đợi với mô hình M/M/m/K 26 2.2. Quy trình chung của việc phân tích hệ thống hàng đợi 34 2.3. Các bước giải bài toán hàng đợi dựa trên Petri Nets 36 2.4. Công cụ mô phỏng bài toán hàng đợi 37 2.4.1. Công cụ mô phỏng 37 2.4.2. Các thành phần cơ bản 38 2.4.3. Mô tả toán học 39 2.4.4. Một số thuộc tính 40 2.5. So sánh một số công cụ của Petri Nets 42 2.6. Các lĩnh vực hoạt động của Petri Nets 44 2.7. Các bước tạo một mô phỏng trên TNET 45 CHƢƠNG 3: SỬ DỤNG PETRI NETS TRONG BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHỤC VỤ GIAO DỊCH NGÂN HÀNG 47 3.1. Thiết lập bài toán hàng đợi không ưu tiên 47 3.2. Phân tích bài toán hàng đợi 48 3.2.1. Phân tích các yêu cầu của bài toán 48 3.2.2. Phân tích kết quả của bài toán bằng lý thuyết hàng đợi 50 3.3. Ứng dụng Petri Nets mô phỏng bài toán hệ thống giao dịch ngân hàng51 3.3.1 Mô hình Petri Nets 51 3.3.2. Kết quả chạy của mô hình F-nets 56 3.4. So sánh, đánh giá các kết quả mô phỏng 61 3.4.1. So sánh theo sự phân bố hàm Input, output 61 3.4.2. So sánh theo thời gian 71 KẾT LUẬN 74 vii TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 viii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Giải thích theo tiếng Việt CEC Current Event Chain Chuỗi sự kiện hiện tại FEC Future Event Chain Chuỗi sự kiện tương lai P/T net Place/ Transition Network Một loại ngôn ngữ mô tả toán học, dựa trên lý thuyết về tập hợp PLUS Programming Language Under Simulation Ngôn ngữ chương trình dựa trên mô phỏng SNA System Numeric Attribute Thuộc tính số hệ thống PN Petri Nets Mạng Petri SPN Stichastic Petri Nets Các mạng Petri ngẫu nhiên ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các yếu tố cấu thành một hệ thống hàng đợi 5 Bảng 1.2: Các tham số đặc trưng trong hệ thống hàng đợi 7 Bảng 1.3: Một số phương pháp phục vụ áp dụng trong lý thuyết hàng đợi 12 Bảng 2.1. Các tham số đặc trưng trong hệ thống hàng đợi 28 Bảng 2.2: Các thành phần trong kí hiệu Kendall 29 Bảng 2.3: Một số phân phối xác suất liên quan đến A và B trong mô tả Kendall30 Bảng 2.4: So sánh một số công cụ Petri Nets 42 Bảng 3.1: Các giá trị tham số đầu vào của t1 54 Bảng 3.2: Các giá trị tham số đầu vào của t8 55 Bảng 3.3: Các giá trị tham số đầu vào của t5 55 Bảng 3.4: Các giá trị tham số đầu vào của t6 56 Bảng 3.5: Các giá trị tham số đầu vào của t1 58 Bảng 3.6: Các giá trị tham số đầu vào của t5 58 Bảng 3.7: Các giá trị tham số đầu vào của t6 59 2 phương pháp 60 Bảng 3.9: Các giá trị tham số đầu vào của t1 61 Bảng 3.10: Các giá trị tham số đầu vào của t5 62 Bảng 3.11: Các giá trị tham số đầu vào của t6 63 Bảng 3.12: Các giá trị tham số đầu vào của t1 64 Bảng 3.13: Các giá trị tham số đầu vào của t5 64 Bảng 3.14: Các giá trị tham số đầu vào của t6 65 Bảng 3.15: Các giá trị tham số đầu vào của t1 66 Bảng 3.16: Các giá trị tham số đầu vào của t5 67 Bảng 3.17: Các giá trị tham số đầu vào của t6 67 Bảng 3.18: Các giá trị tham số đầu vào của t1 68 Bảng 3.19: Các giá trị tham số đầu vào của t5 69 Bảng 3.20: Các giá trị tham số đầu vào của t6 69 Bảng 3.21: So sánh theo phân bố Input, Output (t1) 70 Bảng 3.22: So sánh theo phân bố Input, Output (t5) 70 Bảng 3.23: So sánh theo phân bố Input, Output (t6) 71 Bảng 3.24: Bảng so sánh thời gian mô phỏng 72 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hàng đợi 4 Hình 1.2: Mô hình cơ bản của hệ thống hàng đợi (hay hệ thống phục vụ 4 đám đông) 4 Hình 1.3: Mô hình hóa các yếu tố của một hệ thống hàng đợi 6 Hình 1.4: Sơ đồ trạng thái của hệ thống phục vụ 14 Hình 2.1: Mô hình hàng đợi M/M/1 17 Hình 2.2: Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái. 18 Hình 2.3a: Petri Nets mô phỏng hàng đợi M/M/1 20 Hình 2.3b: Petri Nets mô phỏng hàng đợi M/M/1 20 Hình 2.4: Đồ thị reachability tương ứng mạng Petri trong hình 2.3a 21 Hình 2.5: Mô hình hệ thống M/M/1/K 22 Hình 2.6: Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/1/K. 22 Hình 2.7: Petri Nets mô phỏng hàng đợi M/M/1/K 24 Hình 2.8: Mô hình hệ thống M/M/m 25 Hình 2.9: Sơ đồ tốc độ chuyển trạng thái hệ thống M/M/m. 25 Hình 2.10: Kí hiệu biểu đồ thời gian cho các hàng đợi (một kênh phục vụ) 26 Hình 2.11: Các khách hàng đến và rời khỏi hệ thống 27 Hình 2.12: Mô hình hệ thống M/M/m/K 32 Hình 2.13: Petri Nets mô phỏng hàng đợi M/M/m/K 34 Hình 2.14: Lưu đồ quy trình chung của việc phân tích hệ thống hàng đợi 35 Hình 2.15: Lưu đồ giải bài toán hàng đợi dựa trên Petri Nets 36 Hình 2.16: Ví dụ về Petri-net 38 Hình 2.17: Minh họa tính tiếp cận của Petri Nets 41 Hình 2.18: Minh họa tính bất tử của Petri Nets 41 Hình 2.19: Minh họa tính không có đường bao giới hạn của Petri-net 41 Hình 2.20: Minh họa tính bảo thủ của Petri Nets 42 Hình 3.1: Hình minh họa bài toán giao dịch ngân hàng 48 [...]... quyết bài toán hàng đợi và mô phỏng bằng công cụ Petri Nets Chương 3: SỬ DỤNG PETRI NETS TRONG BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIAO DỊCH NGÂN HÀNG Trong chương này thiết lập bài toán hàng đợi không ưu tiên, sau đó phân tích bài toán, giải bài toán bằng lý thuyết hàng đợi, tạo mô hình Petri Nets của hệ thống giao dịch ngân hàng Đánh giá và so sánh các kết quả 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI Chương... phỏng bài toán hàng đợi sử dụng ngôn ngữ đặc tả Petri Nets 2.1 Một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi cơ bản Các kỹ thuật hàng đợi có thể phân loại theo số lượng của các nguồn của chúng là hữu hạn hay vô hạn, hay căn cứ vào tiến trình vào và ra Có thể kể đến một số mô hình hệ thống hàng đợi cơ bản sau: 2.1.1 Kỹ thuật hàng đợi cổ điển với mô hình M/M/1 2.1.1.1 Kỹ thuật cơ bản Đây là hệ thống hàng đợi. .. do tính chất của hệ thống, quy mô của hệ thống có thể là những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn công cụ Chính vì vậy, yêu cầu lựa chọn, so sánh, đánh giá các công cụ Petri Nets và ứng dụng mô phỏng là một đề tài mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Với lý do đó, tôi lựa chọn đề tài Nghiên cứu một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi và ứng dụng mô phỏng hệ thống giao dịch ngân hàng cho luận văn... dung nghiên cứu chính Luận văn gồm: Phần mở đầu, ba chương chính, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục Bố cục như sau: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI Chương này trình bày tổng quan về hệ thống hàng đợi: Hệ thống hóa các khái niệm, các thành phần cơ bản của hệ thống hàng đợi Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI Chương này nghiên cứu một số kỹ thuật cơ bản để giải. .. hệ thống phục vụ: Đưa ra định nghĩa; quá trình thay đổi trạng thái của hệ thống phục vụ; sơ đồ trạng thái; qui tắc thiết lập hệ phương trình trạng thái (nội dung quy tắc, hệ phương trình trạng thái, định lý Markov) 17 CHƢƠNG 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẢI BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI Chương này trình bày các kỹ thuật giải bài toán hàng đợi cơ bản Nêu được quy trình giải bài toán hàng đợi trên Petri Nets Công cụ mô phỏng. .. hàng đợi xuất hiện bất cứ lúc nào khi nhu cầu hiện tại đối với dịch vụ vượt quá khả năng cung ứng dịch vụ tại thời điểm đó Thời gian một yêu cầu đến phải chờ đợi phụ thuộc vào một số yếu tố như: Số lượng giao dịch trong hệ thống, số kênh giao dịch cung ứng dịch vụ tại thời điểm đó và thời gian phục vụ cho mỗi yêu cầu đến 1.2.2 Mô hình hóa một hệ thống hàng đợi Chúng ta có thể mô hình đơn giản cho một. .. M/M/1/K hệ số sử dụng  Trung bình khách hàng trong hệ thống Giá trị trung bình khách hàng trong hệ thống được đưa ra bởi: Xác xuất từ chối (ptc): Là xác suất mà một khách hàng đến nhận thấy hệ thống đầy 2.1.2.2 Petri Nets mô tả kỹ thuật hàng đợi với mô hình M/M/1/K Tương tự với hệ thống M/M/1, chúng ta có thể mở rộng cho mô hình hàng đợi M/M/1/K Petri Nets mô tả hàng đợi M/M/1/K với các mô tả tƣơng ứng. .. phỏng được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả trên thực tế là phương pháp mô hình hoá và các mô hình được sử dụng hiện nay là mô hình hàng đợi, mạng Petri, đồ thị, và các mô hình lai ghép Trong đó mô hình hàng đợi là một mô hình đơn giản và tỏ ra có hiệu quả trong thực tế [7,12] Với Petri Nets và nhu cầu cần mô phỏng hệ thống hàng đợi, việc áp dụng cách tiếp cận cũng như công cụ mô phỏng nào là một vấn đề... trong hàng đợi) và các khách hàng đến bị từ chối vào hệ thống sẽ ngay lập tức rời khỏi hệ thống Khách hàng mới sẽ tiếp tục đến hệ thống hàng đợi nhưng chỉ có những người đến khi hệ thống đang có ít hơn K khách hàng sẽ được phép vào hệ thống 22 Hệ thống hàng đợi M/M/1/K được mô hình hóa trong hình 2.5 Hàng đợi (queue) Khách đến Khách ra nguyên tắc K-1 vị trí Server phục vụ tốc độ tốc độ µ W thời gian đợi. .. cho hệ thống Đặc biệt ngày nay, Petri Nets đã được phát triển rất mạnh mẽ, đã được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: Sinh học, hóa học, môi trường, kỹ thuật, truyền thông, điều khiển, hệ thống sản xuất, robot v.v Trong nội dung luận văn này sẽ giới thiệu về hệ thống hàng đợi cơ bản và ứng dụng Petri Nets vào bài toán mô phỏng hệ thống giao dịch ngân hàng Để xây dựng mô hình . Nets và ứng dụng mô phỏng là một đề tài mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Với lý do đó, tôi lựa chọn đề tài Nghiên cứu một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi và ứng dụng mô phỏng hệ thống. Tr-ờng đại học công nghệ thông tin và truyền thông Vũ NGọC Hà Nghiên cứu một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi Và ứng dụng mô phỏng hệ thống giao dịch ngân hàng Chuyên ngành:. lập hệ phương trình trạng thái 14 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẢI BÀI TOÁN HÀNG ĐỢI 17 vi 2.1. Một số kỹ thuật giải bài toán hàng đợi cơ bản 17 2.1.1. Kỹ thuật hàng đợi cổ điển với mô hình