Вероятности и неприятности. Математика повседневной жизни
- Автор: Сергей Самойленко
- Жанр: Научно-популярная литература
- Дата выхода: 2022
- Цикл: Наука для всех
Читать книгу "Вероятности и неприятности. Математика повседневной жизни"
Лучшее — враг хорошего
Наконец, говоря об очередях и неприятностях, с ними связанных, нельзя не упомянуть о совершенно возмутительном парадоксе Браеса. Этот эффект приводит к тому, что в коммуникационной сети, содержащей очереди, добавление новых простых связей, даже не стохастических, может привести к уменьшению пропускной способности всей сети.
Простейшей моделью, в которой наблюдается этот эффект, может быть дорожная сеть, где два населенных пункта A и B соединены двумя дорогами так, как показано на рис. 7.17. При этом выделяются четыре участка дорог, два из которых, AC и DB, — достаточно широки и свободны, так что среднее время пути по ним занимает известное постоянное время
Рис. 7.17. Модель дорожной сети
Тут мы впервые вынуждены сделать предположение, которое выходит за рамки темы книги. Оно касается того, как люди принимают решения. Это тоже можно описывать математически с помощью методов теории игр — области знания, которая получила широкое развитие в последние десятилетия. Здесь я не хочу вдаваться в подробности самой теории, а сразу воспользуюсь одним из ее результатов — понятием
Теперь, стремясь оптимизировать движение в этой сети, мы построим связку CD, причем постараемся сделать ее как можно шире и лучше, чтобы время на ее преодоление было существенно меньше, чем
Рис. 7.18. Модель дорог с дополнительной связкой
Рассмотрим конкретный пример. Пусть
Парадокс Браеса долгое время казался мне не очень интуитивным и ярким: слишком многое нужно принять во внимание, чтобы понять, что же в нем парадоксального. Мое мнение о нем изменилось, когда я увидел физическую модель этого явления… на пружинках. Удлинение пружины пропорционально приложенной к ней силе; это мы изучали в школе, называя законом Гука. Увеличение времени пути пропорционально загруженности трассы; об этом нам говорит теорема Литтла. Можно рассмотреть две схемы соединения пружин, которые будут эквивалентны двум схемам соединения дорогами населенных пунктов, как показано на рис. 7.19. Физическая модель делает разницу между этими двумя схемами очевидной. В первом случае мы имеем
Рис. 7.19. Модель парадокса Браеса на пружинах
Этот парадокс оставался бы на страницах учебников по теории игр, если бы не проявлялся в реальной жизни, и не только в дорожном строительстве. Такое парадоксальное уменьшение пропускной способности сети при добавлении новых соединений встретилось и в механике, и в электрических сетях[31], и в полупроводниковых структурах на микроуровне[32]. А исследования случайных графов, которые важны для анализа социальных сетей и сети интернет, показали, что эффект Браеса почти наверняка проявляется в них начиная с определенного уровня сложности[33]. Применив аналогию с пружинами, нетрудно представить себе сложную сеть, в которой есть как упругие, так и нерастяжимые связи. При перерезании каких-то коротких нитей часть упругих связей начнет работать параллельно, распределив между собой нагрузку, и вся сеть станет более жесткой, менее зависимой от нагрузки.
В этой главе мы разбирались с не самыми приятными сторонами нашей жизни — очередями и бюрократией. И хотя они часто вызывают у нас раздражение, всё же эти явления призваны помогать в организации по-настоящему сложных процессов, они поддаются исчислению и избавляют нас от гораздо более неприятного и даже опасного неуправляемого хаоса.