以计算机模拟法解决中学洗手间排队问题初探.docx

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以计算机模拟法解决中学洗手间排队问题初探

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周婉芸於胜成刘焱锋

摘?要:虽然中学洗手间排队现象由来已久,但尚未得到充分关注。本文通过实地调查发现,无论是如厕时间还是如厕的人流分布都明显不符合随机分布。以SZSY高中为例,通过实际统计数据,利用计算机建模对如厕过程进行广泛深入模拟。结果表明,增加少量洗手间厕位可以极大改善洗手间如厕排队现状及减少排队时间。校园人数、性别比例与排队时间也存在接近线性的相关度。为解决中学洗手间排队问题,在资源有限的前提下,增加女生厕位(建立大厕所或增大女生男生厕位比例)的效果要远远好于减少人流量(多建几个洗手间)的效果。

关键词:计算机模拟??仿真排队

学校女洗手间排队的问题,引发了笔者对“男女厕所合适比例”以及解决女洗手间排队问题的好奇。笔者希望通过调查与分析,建立男女洗手间合理比例模型,有效解决校园女洗手间排队问题,促进中小学生健康状况的改善,并为广大中小学洗手间乃至公共场所基础设施建设提供参考。由于各种客观条件的限制,笔者的调查采取个案研究方法,以SZSY高中为例建立科学合理的计算机数学模型,并充分考虑该模型的可推广性和周延性,希望笔者的研究方法与模型能够应用于其他中小学乃至各种公共场所,为建设真正男女平等的社会做出实质性贡献。

一、如厕数据统计

笔者安排多人次对课间如厕情况进行了实际统计,各项数据统计的数量多达500余项。根据统计发现:学生如厕所用时间及到达洗手间的间隔时间分布非常复杂,不是简单的正态分布。课间男生如厕时蹲坑使用频率很小(每个课间只有1~2次),没有统计意义。而小便时间很短,基本不会产生排队问题,故我们不做研究。而学生入厕的时间间隔分布函数是一个与时间相关的函数,即课间不同时段前往洗手间的人数是不同的。可见,如厕问题的初始人流分布十分复杂,需要借助更多更能解决复杂问题的数学模型。

二、计算机仿真模拟数学模型

笔者利用计算机来仿真模拟学生课间成千上万次如厕的具体情况,并对多次模拟的数据进行平均处理。以女生为例,我们模型主要由四个变量数组构成(f_time[n],f_interval[n],f_in[n],f_leave[n])。f_time[n]是第n个女生在蹲厕内的时间,f_interval[n]是第n个女生和第n-1个女生到达厕所的时间差,f_in[n]是第n个女生进入厕所的时间,f_leave[n]是第n个女生离开厕所的时间,前两个变量f_time[n],f_interval[n]是根据实际统计结果由计算机模拟随机产生的,后两个f_in[n],f_leave[n]是通过前两个由计算机计算产生的。

对于f_time,笔者将统计到的部分数据绘制成图表,发现并不是我们预期中的正态分布。然后是f_interval,由于学校课间10分钟休息时间的特殊性,根据统计结果,笔者发现个人到达厕所的时间间隔非常复杂,每个人到达厕所的时间间隔并不符合正态分布。因此进行模拟时,可以利用实测数据的权重进行随机模拟。第三个变量是f_in,即女生入厕的时刻,也就是指到达厕所大门的时刻,它的具体运算如下:在小课间10分钟的情况下,f_in[1]=f_interval[1]第一个人到达厕所的时刻即为第一个时间间隔。f_in[i]=f_in[i-1]+f_interval[i]第i个人到达的时刻是第i-1个人到达的时刻与第i个时间间隔的和。若f_in[i]10分钟,则模拟结束,不能在上课时间去厕所,但可以因如厕而迟到。对于第i个女生,她的到达时间为f_in(i)=f_in(i-1)+f_interval(i)。第四个变量的运算有些复杂,设定女厕厕位数为f_num。当i=f_num时,不需要排队。她离开时f_leave[i]=f_in[i]+f_time[i]。

当if_num时,有可能要产生排队。即将前面i-1个人离开厕所的时间进行从大到小的排序。如果最大的f_num个数(计为数组Q),都大于f_in[i],既需要排队,也不需要排队。则当第i个人到达时,若其到达时间f_in[i]比last_leave=min(Q)小,说明第i个人需要等待直到last_leave,否则无需等待。

将所有女生排队时间记为集合P,对P进行从大到小的排序。取前10%的项目平均作为最大排队时间,取所有项目平均作为平均最长排队时间。将模拟50000次取平均值作为最后结果,则男生的如厕情况完全类似。

对于如厕排队情况的研究,笔者选择以实际统计数据为基础,利用计算机模拟如厕过程。进行大量模拟,取平均结果,以尽量提高模拟结果的准确性和真实性。为了得到尽可能科学客观的模拟结果,需要大量的模拟计算,所以笔者选择了计算效率较高的C语言进行编程。

三、模拟结果

(一)厕位数目对排队等待时间有明显的影响

由于个人

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