Главная » Просмотр файлов » ВКР - Математическая модель задержек поездов

ВКР - Математическая модель задержек поездов (1222229), страница 9

Файл №1222229 ВКР - Математическая модель задержек поездов (Математическая модель задержек поездов) 9 страницаВКР - Математическая модель задержек поездов (1222229) страница 92020-10-05СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

________________

Консультант кафедры «Иностранные языки и межкультурная коммуникация»

И.о. заведующей кафедрой,

ст. преподаватель _______________________ Е.Л. Рябкова

________________

1 Mathematical model of train delays

1.1 Introduction. Description of models. The main results

The first model. Trains move one after another, along the same path in one direction from station A to station B with the same average speed: ahead train 1, behind him, in order, trains 2, 3, etc. We assume that the total number of trains equals n. Distance from train j to train (j – 1) is denoted by , where j = 2, 3, … , n, is the least safe distance between trains, X2, X3, … , Xn are random variables (while without any assumptions with respect to their distributions). Trains have the same destination station.

We also denote , , where v0 is an average speed. Suppose that the train 1 departs from the station A at time t = 0. Then the departure time of the train m can be written as (see Figure 1.1)

. (1.1)

Figure 1.1 – Scheduled departure times of trains 1, 2 and 3 from station A

Suppose that the train 1 unplanned stopped at some time point. Let the train 1 is delayed by the random time . If the time interval is large enough, then the subsequent trains suffer from secondary delays. Assume that train stops, if the distance between the train and preceding (already standing) train was reduced to s0. In this situation we assume that as soon as the preceding train starts moving, then the following train will start moving immediately. Denote by the time interval between the arrivals of trains with numbers (k – 1) and k at the station B for . Note that the time interval has a random length. It is required to determine distribution function

of the random variable .

The second model. For simplicity, we formulate the problem in an alternative form. Let trains 1, 2, … , n are in the way one after another according to their numbers. Trains depart from the station A at time points (see Figure 1.1). Consider the sequence of n trains at some point in time .

If the flow of trains moves in the normal mode (without unscheduled delays), we can assume that the intervals between trains will be the same as at the beginning of their movement from the station A, i.e. distance from the train k to the train (k – 1) is equal to , namely the time interval between trains equals . We are interested in what will be with the time intervals between trains, if at the time train 1 due to some unforeseen circumstances stopped and was detained for a while ? In other words, it is needed to find the probability distribution of the time intervals , between trains, provided that train 1 had been detained. This problem is equivalent to the following.

Let the train 1 was delayed at the station A at time t = 0 for a random time . If , then trains 2, 3, etc. depart at scheduled points in time , etc., respectively. If , then the train 2 be delayed and starts moving at the moment . Train 3 departs by the same rule, depending on the delay time of the train 2. Etc. Now is the time interval between the departure times of trains with the numbers (k – 1) and k. It is required to determine the distribution functions of the random variables .

An example. If n = 5, Tk = 2, k = , t0 = 1, then departure times of trains satisfy the equalities T(k) = 3(k – 1), k = . Figure 1.2 shows intervals , k = , depending on the six values of the interval .

Figure 1.2 – The time intervals for some

In Figure 1.2 the dots indicate the actual departure times of trains that appeared as a result of delay of the train 1 for a time .

Let us remind the basic assumptions:

only the train 1 undergoes the primary delay ,

.

By the symbol R(k), in contrast to the T(k), we denote the real departure time of the train under the number k.

Order of the train departures. Let be a fixed integer.

1. If

, (1.2)

then

. (1.3)

2. If

, (1.4)

then

. (1.5)

Next, we shall use the following notation

where A is an arbitrary set on the real line R.

Assume that the total number of trains equals . Let for k > n.

Theorem 1. 1. If , then

.

2. Let k be a fixed integer, . If

, (1.6)

then

. (1.7)

3. If

(1.8)

then

(1.9)

(1.10)

Theorem 2. Let . The following formulas hold

(1.11)

(1.12)

.

Let us define

(1.13)

Then, in the right-hand side of eqn (1.12) for k = 2 we have

Therefore, the formula (1.12) coincides with formula (1.11) for k = 2. Thus, Corollary 1 holds.

Corollary 1. The formula (1.12) holds for .

Let us formulate corollaries of Theorem 2 in terms of given probability density functions.

Corollary 2. Let all be constants which are not necessarily equal to each other, is the density function of the random variable . Then, the following formula holds

(1.14)

, in particular, .

Corollary 3. Let all be constants which are equal to the same number T, is the density function of the random variable . Then, the following formula holds

(1.15)

, in particular,

(1.16)

Recall the definition of the convolution of the density functions. If and are two arbitrary probability density functions, the convolution of these densities is the integral which is denoted by . It is known that the operation of convolution is commutative. If we shall use the notation

.

By definition, we assume that . Recall also that if independent random variables are absolutely continuous, then the density function of their sum is equal to the convolution of the original densities.

Corollary 4. Let be independent identically distributed random variables with the density function . Let has a density function and be independent of . Then,

(1.17)

(1.18)

Remark 1. Since random variables under consideration are positive, then in integrals of Corollary 4 lower limit of integration can be replaced by 0.

Remark 2. We define 0-fold convolution as a generalized function with the following property: for any bounded continuous function the equality holds. Then eqn (1.18) for k = 2 coincides with (1.17).

We denote by N the number of secondary delays (in the framework of this model).

Lemma 1. For each fixed integer we have

(1.19)

We now give two corollaries arising from this lemma.

Corollary 5. If is a constant value, then

.

Corollary 6. If are independent identically distributed random variables with the density function , then

.

Observe that the problems associated with the delays of trains were considered in many papers (see e.g. [2]). However, in these papers the problem statements and methods differ from ours.

1.2 Proof of Theorem 1

In order to prove Theorem 1, we reformulate it in terms of and .

Theorem . 1. If

(1.20)

then

. (1.21)

2. Let k be a fixed integer, . If

(1.22)

then

(1.23)

and hence (1.7).

3. If

(1.24)

then

(1.25)

. (1.26)

Lemma 2. Let be a fixed integer.

1. Inequality (1.22) entails (1.23).

2. Double inequality (1.24) entails equality .

Proof. 1. Our proof will be done by mathematical induction. It is easy to verify the validity of the first statement for k = 2. The inductive assumption is based on the following logical consequence: if

for some fixed integer then

Let condition (1.22) is valid. Then,

(1.27)

Because of inductive assumption, we get

Next, we obtain by using the first estimate in (1.27) the inequality (1.4), which
involves (1.5). Thus,

2. Let , then . Otherwise, due to (1.2), (1.3) we have . Now, by using (1.4) and (1.5), we obtain . Because of (1.23) then . This is contrary to the right hand side of inequality (1.24). Thereby . 

Proof of Theorem . 1. Note that . Therefore the condition (1.20)
coincides with (1.2), which entails equality and, consequently, (1.21).

2. By Lemma 2 the condition (1.22) involves (1.23) and, consequently, (1.7).

Formula (1.25) is a consequence of Lemma 2, namely:

Since , then for . This implies (1.26).

Thus our theorem is completely proved. 

1.3 Proof of Theorem 2

Lemma 3. The formula (1.11) holds.

Характеристики

Тип файла
Документ
Размер
3,09 Mb
Высшее учебное заведение

Список файлов ВКР

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6505
Авторов
на СтудИзбе
302
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее