2026年数学建模国赛高教社杯D题算法(61):排队论(M/M/1, M/M/c)稳态指标计算及其在医疗资源优化中的应用 ——基于2026年数学建模视角的综合研究

2026年数学建模国赛高教社杯D题算法(61):排队论(M/M/1, M/M/c)稳态指标计算及其在医疗资源优化中的应用 ——基于2026年数学建模视角的综合研究

摘要

排队论作为运筹学的重要分支,为分析随机服务系统提供了坚实的数学框架。本文系统研究M/M/1和M/M/c排队模型的稳态指标计算方法,从生灭过程理论出发,严格推导系统的稳态概率分布、平均队长、平均等待时间、平均逗留时间及系统忙期等核心性能指标。在方法层面,本文提出了"特征根—母函数联合法"作为求解稳态指标的最优策略,该方法较传统递推法具有更高的数值稳定性和计算效率。在应用层面,本文以某三甲医院急诊科为案例,构建基于M/M/c模型的医疗资源配置优化框架,通过2026年第一季度实际数据验证模型有效性。研究结果表明,将排队论模型与实时数据驱动方法相结合,能够在保证服务质量的前提下显著降低运营成本,为智慧医疗管理提供理论支撑和决策依据。

关键词:排队论;M/M/1模型;M/M/c模型;稳态指标;生灭过程;医疗资源配置;数学建模


目录

摘要

一、引言

1.1 研究背景与意义

1.2 排队论的发展沿革

1.3 本文工作与结构安排

二、排队论基础知识

2.1 排队系统的组成与特征

2.2 Kendall符号体系

2.3 生灭过程与排队系统的稳态分析

三、M/M/1模型的稳态指标计算

3.1 模型假设与参数定义

3.2 稳态概率分布的推导

3.3 稳态性能指标的计算

3.3.1 平均队长(平均系统顾客数)LL

3.3.2 平均等待队长(平均队列长度)LqLq​

3.3.3 平均逗留时间WW与平均等待时间WqWq​

3.3.4 系统忙期分析

3.4 数值算例与灵敏度分析

四、M/M/c模型的稳态指标计算

4.1 模型假设与参数设置

4.2 稳态概率分布的推导

4.3 稳态性能指标的计算

4.3.1 平均等待队长LqLq​

4.3.2 其他性能指标

4.3.3 M/M/c的忙期分析

4.4 M/M/c与M/M/1的对比分析

五、稳态指标计算的最优方法研究

5.1 现有计算方法评述

5.2 特征根—母函数联合法

5.3 算法实现的优化策略

5.4 方法性能比较

六、应用案例:基于M/M/c模型的医疗资源配置优化

6.1 问题描述与背景

6.2 数据采集与参数估计

6.3 模型构建与指标计算

6.4 灵敏度分析与鲁棒性检验

6.5 与M/M/1模型的对比启示

七、总结与展望

7.1 本文总结

7.2 局限性与改进方向

7.3 未来研究展望

参考文献


一、引言