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一个蒙特卡罗实验告诉你:司机越浪,公路越堵!

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-12-06 11:03

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刘强西很淡定地说:叫你平时多读数学书,又不好好读!在路上司机们都有可能随机刹车,不同司机产生的刹车叠加起来就会造成自然拥堵。 N-S模型 有一个重要结论, 单单就是由于这种随机刹车,就能产生拥堵。


N-S模型,是20世纪90年代由德国物理学家奈格尔 KaiNagel 和施莱肯伯格 Michael Schreckenbrg 发展出来的,是一个首尾相接的一维元胞自动机,用于高速路段的模拟。


怎么理解“首尾相接”这个词呢?


有点像我们小时候玩的小霸王里面的青蛙过河游戏,车子在屏幕上从左到右穿过,到了屏幕的边缘这个车子消失了,但是在屏幕的右边又出来了,也就是指,右边的边缘跟左边的边缘是相通的。



我们可以想象,一条公路离散成一条格子。假如这个格子是黑色的,就表示有一辆车在上面,假如这个格子是白色的,就表示没有车在上面走。这里我们可以先把所有车辆都看成毫无区别的车辆,方便我们抽象出核心概念进行研究。



N-S模型里面,每辆车的都有四个规则,分别是前进、加速、减速和随机刹车。


前进 ,是指若第 i 辆车的位置是 ,它正以 速度前进。那么它在下一个时刻到达 的空格:



加速 ,是指若第 i 辆车的速度 未达到最大速度(特别指出,N-S模型的原始研究中最大速度设为5),则它的速度增加1:







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