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【趣說(shuō)數(shù)學(xué)】懂點(diǎn)兒數(shù)學(xué),排隊(duì)更省時(shí)
2014-07-07
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 要是劉姥姥來(lái)到21世紀(jì),把每一座大都市都逛上幾圈,她一定會(huì)覺(jué)得都市人最喜歡的娛樂(lè)就是排隊(duì)。早在1946年,匈牙利裔的作家喬治·米克斯(George Mikes)定居倫敦時(shí),就在著作《如何當(dāng)一個(gè)外星人 》(How To Be An Alien)中寫(xiě)下了一段經(jīng)典名言:“到周末,英國(guó)人在公車站前排隊(duì)到里士滿公園(Richmond Park)玩。他們排隊(duì)等游船,排隊(duì)等喝茶,排隊(duì)等吃冰淇淋。然后純粹出于興趣,再去排一些更奇怪的隊(duì)伍。最后回到公車站前排隊(duì),花上他一輩子的時(shí)間……許多英國(guó)家庭喜歡晚上在家里排上好幾個(gè)小時(shí)的隊(duì)伍。當(dāng)小孩子不玩了,準(zhǔn)備排隊(duì)去睡覺(jué)時(shí),是父母?jìng)冏铍y過(guò)的時(shí)刻了?!?/span>


      這是旁觀者興災(zāi)樂(lè)禍的心態(tài)。對(duì)于身陷在隊(duì)伍之中的人,或者商家來(lái)說(shuō),看到這么多等得不耐煩、隨時(shí)要離開(kāi)的客人,總歸是一件不好的事。各位有沒(méi)有想過(guò),如果不考慮先來(lái)先到的公平性原則,想減少所有客人等候時(shí)間總和的話,該先服務(wù)哪些客人嗎?答案是,先服務(wù)很快就可以搞定的客人。


       舉例來(lái)說(shuō),大毛、二毛、小明三兄弟在柜臺(tái)前排隊(duì),大毛買了全家的生活用品,得花100秒結(jié)帳;二毛拿了一堆零食,需要花50秒結(jié)帳;而小明只拿一罐奶茶,10秒就結(jié)完帳了。如果按照年齡從大到小的順序結(jié)帳,大毛、二毛、小明各自會(huì)花上100秒、150秒、160秒的時(shí)間才能完成結(jié)帳,平均時(shí)間為136.7秒。但如果顛倒過(guò)來(lái)讓結(jié)帳快的人先結(jié)帳,則小明、二毛、大毛僅需要10秒、60秒、160秒可以完成結(jié)帳,平均是76.7秒,縮短了60秒。


       用符號(hào)表式可以看得更清楚,當(dāng)三人結(jié)帳時(shí)間各自為t1、t2、t3,并按照這樣的順序結(jié)帳時(shí),每個(gè)人各自完成結(jié)帳的時(shí)間是t1、t1+ t2、t1+ t2+ t3,平均為t1+ 2t2/3+ t3/3。隨著隊(duì)伍的順序,越后面的人對(duì)結(jié)帳時(shí)間影響越小,以N個(gè)人來(lái)說(shuō),第n位客人的排隊(duì)時(shí)間是tn,平均時(shí)間即為:

       因此,店家可以先處理那些不大需要花時(shí)間的客人,這樣可以降低每人平均等待時(shí)間,提升顧客滿意度;同樣的道理,店家也可以反過(guò)來(lái),先處理大客戶的單,營(yíng)造出門(mén)庭若市的熱鬧形象。所以如果你看到某間鹽酥雞攤位前排隊(duì)的人特別多,說(shuō)不定不一定是很好吃,只是老板數(shù)學(xué)很好,刻意延后那些只買豆干或甜不辣的點(diǎn)單。


       然而,因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)情況中需要考慮的地方太多,數(shù)學(xué)理論有時(shí)很難直接套用。在排隊(duì)這個(gè)問(wèn)題上,就算可以依照結(jié)帳時(shí)間排隊(duì),商家也不愿意真的這么做。因?yàn)橐钦姘凑者@個(gè)標(biāo)準(zhǔn),等于變相鼓勵(lì)大家買少一點(diǎn),才能快點(diǎn)結(jié)帳。買了10萬(wàn)元的大客戶永遠(yuǎn)得被排在最后面,等到鐵卷門(mén)拉下來(lái)了才能結(jié)他的帳。


       但這則理論并沒(méi)有失效,商人們依然成功地將它轉(zhuǎn)化為了一件我們都知道的東西——快速結(jié)帳柜臺(tái)。借由快速結(jié)帳柜臺(tái)設(shè)定的結(jié)帳門(mén)檻,將原本結(jié)帳時(shí)間短到長(zhǎng)的排序,用二分法取代,低于門(mén)檻的人優(yōu)先處理。如此一來(lái),就能夠大幅縮減整體的排隊(duì)時(shí)間。


       不過(guò),快速結(jié)帳柜臺(tái)還是有些缺點(diǎn)。要是大家都買太多,就沒(méi)人可以去快速結(jié)賬柜臺(tái);或剛好相反,大家都買很少,就會(huì)有一群人塞在快速結(jié)賬柜臺(tái),讓“快速”兩個(gè)字變得很諷刺。因此,可以將快速結(jié)賬柜臺(tái)的件數(shù)限制改成用LED屏幕動(dòng)態(tài)顯示,即根據(jù)現(xiàn)在的顧客人數(shù),搭配顧客結(jié)帳時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分布圖,實(shí)時(shí)估算出最佳的快速結(jié)帳柜臺(tái)件數(shù)限制。甚至,可以設(shè)定好幾個(gè)快速結(jié)帳的柜臺(tái),各自有不同的結(jié)帳門(mén)檻。
       這樣的想法很有效,但也很復(fù)雜。要是真的實(shí)踐了,光應(yīng)付搞不清楚狀況的顧客,恐怕就會(huì)花上更多時(shí)間。擁有好幾個(gè)結(jié)帳柜臺(tái)的商家,因此又采用了一個(gè)更簡(jiǎn)單,且同樣廣為使用的策略:將排在多個(gè)柜臺(tái)前的多條隊(duì)伍整合成一條隊(duì)伍,借此大幅提升排隊(duì)效率。

       繼續(xù)以剛才的大毛、二毛、小明例子來(lái)說(shuō),假設(shè)他們還有一位表弟三毛,購(gòu)買的商品結(jié)帳時(shí)間為20秒。假設(shè)大毛、小明和二毛、三毛分別排兩條隊(duì)伍,四人結(jié)帳所需的時(shí)間各自為大毛100秒、小明110秒、二毛50秒、三毛70秒,平均是82.5秒。但如果四人排成一條線,順序是大毛、二毛、三毛、小明,則兩個(gè)柜臺(tái)各自結(jié)帳的順序分別是(大毛),(二毛,三毛,小明)。大毛、二毛、三毛所需的時(shí)間不變,但小明卻可以在三毛結(jié)帳后,不用繼續(xù)站在大毛后面空等,直接去另一個(gè)柜臺(tái)結(jié)帳,最終只需要80秒,省下了20秒(原本排兩列的狀況,很可能小明在等大毛時(shí),旁邊的柜臺(tái)又有新的人排隊(duì),讓小明無(wú)法換柜臺(tái))。換句話說(shuō),將多條排隊(duì)的人潮合并化成一條,可以避免因?yàn)槟骋粋€(gè)結(jié)賬時(shí)間特別久的人,而延長(zhǎng)該隊(duì)伍客人的整體結(jié)帳時(shí)間。

       因此,如今在銀行、郵局、飛機(jī)登機(jī)柜臺(tái)、ZF機(jī)關(guān),都采用了搭配電子叫號(hào)的單條排隊(duì)制度。不僅讓客人在等候時(shí)可以坐在沙發(fā)上看報(bào)紙,還能大幅縮短平均排隊(duì)時(shí)間。大賣場(chǎng)不這么做的原因,一部分是因?yàn)楣衽_(tái)拉得太長(zhǎng),要是最遠(yuǎn)的柜臺(tái)空了,恐怕客人也不愿意推著推車走過(guò)去;另一個(gè)原因是,實(shí)際在現(xiàn)場(chǎng)時(shí),客人會(huì)去觀察每個(gè)柜臺(tái)的排隊(duì)人數(shù),甚至根據(jù)隊(duì)伍中每位客人籃子里的物品項(xiàng)目,估算每條隊(duì)伍的排隊(duì)時(shí)間,再選擇一條自己認(rèn)為最快的隊(duì)伍。在這樣智慧的選擇下,多條排隊(duì)的效果將會(huì)大幅提升。


★讓我們?cè)賮?lái)看看同樣是等待,麥當(dāng)勞和wendy漢堡店又有什么不同的排隊(duì)方式:




       排隊(duì)是件煩人的事情,卻又無(wú)法避免。不同地方排隊(duì)方式不總是一樣。很多地方采用的是“蛇形排隊(duì)法”,在幾個(gè)柜臺(tái)同時(shí)工作的時(shí)候,所有的顧客只排一隊(duì),隊(duì)伍像一條長(zhǎng)長(zhǎng)的蛇一樣在間隔的柵欄之間穿行,排在隊(duì)伍最前面的顧客就可以得到服務(wù)。而有的地方采用的則是傳統(tǒng)的,每個(gè)柜臺(tái)后面各自排一隊(duì)的方式。美國(guó)賣漢堡的兩家快餐店——Wendy漢堡和麥當(dāng)勞,就分別使用了蛇形排隊(duì)法和多列排隊(duì)法。如果要較個(gè)真的話,這兩種排隊(duì)方法孰優(yōu)孰劣呢?麥當(dāng)勞和Wendy漢堡假設(shè)餐廳里有兩個(gè)柜臺(tái)可以提供服務(wù),在幾十秒之內(nèi) 10 位顧客先后到達(dá),排起了隊(duì),麥當(dāng)勞和 Wendy 漢堡店里的隊(duì)伍分別會(huì)是這樣:


       假設(shè)這十位顧客中有九位顧客每人需要 1 分鐘就能就能買完漢堡走人,但排在第五個(gè)的“紅衣男子”是位麻煩顧客,需要 10 分鐘時(shí)間才能搞定。在這兩種排隊(duì)方式之下,哪一種可以讓顧客平均花費(fèi)的時(shí)間更短?兩分鐘后,麥當(dāng)勞和 Wendy 漢堡的前四位顧客都買完?yáng)|西了,這時(shí)輪到“特殊顧客”登場(chǎng)。


       在第三分鐘的時(shí)候,麥當(dāng)勞 B 柜臺(tái)向前移了一步, Wendy 漢堡的 B 柜臺(tái)也換了一個(gè)新顧客,而 A 柜臺(tái)還是被紅衣顧客霸占著。


       到了四分鐘,情況如故,兩家店的 B 柜臺(tái)又迎來(lái)一位新顧客。在麥當(dāng)勞里, A 柜臺(tái)排在紅衣男后面的兩位顧客發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)不對(duì)勁:自己的隊(duì)伍為什么這么慢?鑒于B柜臺(tái)前面只剩一個(gè)人了,于是他們都換到 B 柜臺(tái)隊(duì)伍里,只留下特殊顧客一個(gè)在 A 柜臺(tái)前。


       這樣下來(lái),最后兩家店都是需要一共 7 分鐘的時(shí)間,服務(wù)完9位普通顧客(紅衣男除外)。不過(guò),你可能覺(jué)著麥當(dāng)勞的幾位顧客因?yàn)槟俏患t色特殊顧客的原因每人浪費(fèi)了 1 分鐘的時(shí)間,這會(huì)導(dǎo)致兩家店九位正常顧客的平均花費(fèi)的時(shí)間(包括排隊(duì)等待+買東西)不一樣嗎?計(jì)算表明,在麥當(dāng)勞和 Wendy 漢堡的排隊(duì)時(shí)間都是 3.44 分鐘,是相同的。

       哪種排隊(duì)方式最方便?其實(shí)無(wú)論對(duì)于麥當(dāng)勞,還是 Wendy 漢堡,特殊顧客出現(xiàn)之前,兩個(gè)柜臺(tái)整體的服務(wù)能力都是每分鐘服務(wù) 2 名顧客。在某一時(shí)刻,特殊顧客同時(shí)在兩家店出現(xiàn)之后,霸住一個(gè)柜臺(tái),柜臺(tái)整體服務(wù)能力就變成每分鐘服務(wù) 1 名顧客,所以無(wú)論排一列還是兩列隊(duì),兩家店平均服務(wù)效率是一直是相同的,并不會(huì)改變顧客時(shí)間。除非采取“多列排隊(duì)”的柜臺(tái)有的空出來(lái)了,,但是這種情況也不會(huì)出現(xiàn),因?yàn)橐坏┠硞€(gè)柜臺(tái)空出來(lái)了,其他列的顧客會(huì)立刻補(bǔ)過(guò)去。現(xiàn)實(shí)情況比上面的例子復(fù)雜的多,每位顧客到達(dá)的先后順序、需要的服務(wù)時(shí)間不是固定的,而是按照一定的概率分布的。但模擬的結(jié)果同樣會(huì)發(fā)現(xiàn),“蛇形排隊(duì)法”對(duì)于節(jié)省時(shí)間其實(shí)并沒(méi)有幫助。如果我們讓特殊顧客早一點(diǎn)出現(xiàn)或者晚一點(diǎn)出現(xiàn),也就是說(shuō)讓他在最開(kāi)始的時(shí)候不是第五個(gè)排
      
       Wendy漢堡店里擺放的那些“蛇形”排隊(duì)通道既然不能縮短排隊(duì)時(shí)間,就真的沒(méi)有意義了嗎?實(shí)際上這種排隊(duì)方式是最大優(yōu)點(diǎn)是公平,保證先到先得。


       如果你在麥當(dāng)勞排隊(duì),特殊顧客第一個(gè)到,之后其他顧客依次到達(dá)(數(shù)字表示到達(dá)的前后順序),排好隊(duì)之后發(fā)現(xiàn) A 柜臺(tái)被一名“神秘顧客”霸住,就等不能結(jié)束。于是 A 柜臺(tái)的那一隊(duì)顧客轉(zhuǎn)投B柜臺(tái),很不幸,這時(shí)他們只能排在 B 隊(duì)末尾。


      如此一來(lái),原本第三個(gè)到的變成了花時(shí)間最多的、最后一個(gè)走的。而在 Wendy 漢堡的排隊(duì)就不存在這個(gè)問(wèn)題,它總是可以保證“先到先得”,花費(fèi)的時(shí)間由最開(kāi)始在隊(duì)伍的位置決定。當(dāng)然,麥當(dāng)勞的排隊(duì)方式由顧客自己選擇排哪個(gè)隊(duì)伍,中途自行決定是否更換隊(duì)伍,Wendy漢堡只有一列隊(duì)伍,沒(méi)有這些“煩惱的選項(xiàng)”。于是也就不會(huì)出現(xiàn)下面這種排隊(duì)時(shí)最討厭遇到的情況了:


       不過(guò) Wendy 漢堡的排隊(duì)方式也有一個(gè)壞處,因?yàn)橹挥幸涣嘘?duì),而且很長(zhǎng),顧客容易在心理上覺(jué)著人多擁擠、望而生畏,進(jìn)而影響到店內(nèi)生意。要說(shuō)“麥當(dāng)勞式”排隊(duì)法好還是“Wendy漢堡式”排隊(duì)法好,還得取決于服務(wù)的內(nèi)容、顧客到達(dá)的的頻率、服務(wù)時(shí)間的概率分布、場(chǎng)地大小等各方面因素。如果要讓顧客選,顧客最愿選擇的恐怕還是永遠(yuǎn)看不到等待的隊(duì)伍。

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