待ち行列(M/M/1)で、うまく到着時間が動かない

Question

前提・実現したいこと

(M/M/1)待ち時間行列のプログラムをPythonで作っています。その途中で、arriveがうまく作動していないことに気づき、arriveをきちんと動かせるようにしたいです。

発生している問題・エラーメッセージ

これを実行すると、arriveが0のときに新しい値に置き換わるはずなのですが、-1,-2…と動いてしまうことがあり、うまく実行できません。
(if文のarrive == 0 と service <= 0 が同時に起こると上記のことが起こります。)

該当のソースコード

import numpy as np

def q2(num):　
  service = np.random.exponential(3) #平均サービス時間は3分間隔の指数分布
  arrive = np.random.poisson(5) #客の到着時間は5分間隔のポアソン分布
  queue = 0 #並んでいる行列長

  for i in range(num):
    service = service - 1 #時間を1進める
    arrive = arrive - 1 #時間を1進める

    if arrive == 0: #到着が0分になったとき
      queue = queue + 1 #行列長＋１
      arrive = np.random.poisson(5) #新しい到着時間を出す
    
    if service <= 0: #サービス時間が負になったとき
      if queue >= 1: #行列長があるとき
        queue = queue - 1 #行列長ー１
        service = np.random.exponential(3) #新しいサービス時間
      else: #行列長がないとき
        service = 0 #サービス時間は0
    
    print(arrive)

q2(10000)

試したこと

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

Comments

[aokikenichi]

Pythonなのでインデントがないとわからないです
特にif文が連続してますので。質問フォームのルールにのっとってインデント付きのコードとしてください

変数numが定義されてないまま使われています。これでは動かないはずです

[can110]

インデントがなくなりコードが読めないのでコードブロックに入れてください。
https://teratail.storage.googleapis.com/uploads/contributed_images/56957fe805d9d7befa7dba6a98676d2b.gif
また、各変数の意味、簡単な動作の説明をソースコメントとして記載すると回答得られやすくなるかと思います。

[matomato357159]

インデントとコメントをつけました。

Answer 1

arrive = np.random.poisson(5)は0を返す場合があります。
この場合、後続するarrive = arrive - 1にて負の値になってしまいます。
提示コードではarriveが負のケースを想定していないようなので意図しない動作になっているようです。
とりあえずarrive = np.random.poisson(5)+1とするか0なら再取得するようなループを組めば解消すると思います。

ちなみに私なら問題を完全に理解できていませんが、以下のように書きます。

def run(num):

    arrive = np.random.poisson(5)   # 次の客が並ぶまでの時間
    serve = 0                       # 現在の処理に必要な残時間
    queue = 0                       # 行列に並んでいる人数

    for i in range(num):

        # 客が到着
        if arrive <= 0:
            queue += 1
            arrive = np.random.poisson(5)
            print(f'arrive={arrive}')
        else:
            arrive -= 1

        # 窓口は空で人待ち→次の客を処理
        if serve <= 0 and queue > 0:
            serve = np.random.exponential(3)
            print(f'serve={serve}')
            queue -= 1

        # 窓口で処理中
        if serve > 0:
            serve -= 1

        if queue > 0:
            print(f'{i:6} {queue:3}')

run(100000)

Comments

[matomato357159]

ありがとうございます。なぜ、うまくいかないのか理解できました！