为论述概率模型的思想,本部分以下图所描述的情况作为例子讲述,为简化图省略线路开关。
不同于单供网络,双供网络由于多条联络线,存在多个扩展供电方案。设供电路径
P
=
(
p
1
,
p
2
,
.
.
,
p
n
)
P=(p_1,p_2,..,p_n)
P=(p1,p2,..,pn),其中
p
i
p_i
pi为子路径。用字母
a
−
g
a-g
a−g表示子路径的可靠性(为了方便表达有时可指代路径本身),如字母
a
a
a表示从电源出发一直到首个联络点(不包含该联络点)之间路径的可靠性。假设目前需求解最右下角节点
i
i
i的可靠性
r
i
r_i
ri,观察到存在
(
a
,
c
,
f
,
g
)
(a,c,f,g)
(a,c,f,g)和
(
a
,
b
,
d
,
g
)
(a,b,d,g)
(a,b,d,g),两条条电源
B
1
B_1
B1扩展供电路径,以及原先单供网络电源
B
2
B_2
B2的供电路径
(
e
,
f
,
g
)
(e,f,g)
(e,f,g),容易得到每条路径的可靠性:
r 1 = r ( a , c , f , g ) = a c f g r_1=r(a,c,f,g)=acfg r1=r(a,c,f,g)=acfg, r 2 = r ( a , b , d , g ) = a b d g r_2=r(a,b,d,g)=abdg r2=r(a,b,d,g)=abdg, r 3 = r ( e , f , g ) = e f g r_3=r(e,f,g)=efg r3=r(e,f,g)=efg
由于路径相互重叠,它们之间的可靠性不是相互独立的,如 r ( ( a , c , f , g ) ∩ ( a , b , d , g ) ) ≠ r ( a , c , f , g ) × r ( a , b , d , g ) r((a,c,f,g)\cap(a,b,d,g))\neq r(a,c,f,g)\times r(a,b,d,g) r((a,c,f,g)∩(a,b,d,g))=r(a,c,f,g)×r(a,b,d,g),但可以用两条路径包含的所有子路径可靠性之积表达,子路径之间是相互独立的!
r ( ( a , c , f , g ) ∩ ( a , b , d , g ) ) = ∏ p ∈ ( a , c , f , g ) ∪ ( a , b , d , g ) r ( p ) = a c f g b d r((a,c,f,g)\cap(a,b,d,g))=\prod_{p\in (a,c,f,g)\cup(a,b,d,g)} r(p)=acfgbd r((a,c,f,g)∩(a,b,d,g))=∏p∈(a,c,f,g)∪(a,b,d,g)r(p)=acfgbd
进一步,可通过容斥原理计算存在 ( a , c , f , g ) (a,c,f,g) (a,c,f,g)和 ( a , b , d , g ) (a,b,d,g) (a,b,d,g)两条供电线路时的节点的可靠性 r 12 r_{12} r12:
r 12 = r ( ( a , c , f , g ) ∪ ( a , b , d , g ) ) = r ( a , c , f , g ) + r ( a , b , d , g ) − r ( ( a , c , f , g ) ∩ ( a , b , d , g ) ) = a g × ( b d + c f − b d c f ) r_{12}=r((a,c,f,g)\cup (a,b,d,g))=r(a,c,f,g)+r(a,b,d,g)-r((a,c,f,g)\cap (a,b,d,g))=ag\times (bd+cf-bdcf) r12=r((a,c,f,g)∪(a,b,d,g))=r(a,c,f,g)+r(a,b,d,g)−r((a,c,f,g)∩(a,b,d,g))=ag×(bd+cf−bdcf)
同理, r 13 = g × ( a b d + e f − a b d e f ) r_{13}=g\times (abd+ef-abdef) r13=g×(abd+ef−abdef), r 23 = f g × ( a c + e − a c e ) r_{23}=fg\times (ac+e-ace) r23=fg×(ac+e−ace)
这里没有通过事件以及发生概率规范表述,特此补充。路径 ( a , c , f , g ) (a,c,f,g) (a,c,f,g)和 ( a , b , d , g ) (a,b,d,g) (a,b,d,g)其中之一可靠的事件发生概率为 r ( ( a , c , f , g ) ∪ ( a , b , d , g ) ) r((a,c,f,g)\cup (a,b,d,g)) r((a,c,f,g)∪(a,b,d,g)),即目标节点的用电可靠性,路径 ( a , c , f , g ) (a,c,f,g) (a,c,f,g)和 ( a , b , d , g ) (a,b,d,g) (a,b,d,g)同时可靠的事件发生概率为 r ( ( a , c , f , g ) ∩ ( a , b , d , g ) ) r((a,c,f,g)\cap (a,b,d,g)) r((a,c,f,g)∩(a,b,d,g)).
进而3条供电路径可根据3元容斥原理计算
r
i
r_{i}
ri:
r
i
=
r
123
=
a
c
f
g
+
a
b
d
g
+
e
f
g
−
a
c
f
g
b
d
−
a
c
f
g
e
−
a
b
d
g
e
f
+
a
b
c
d
e
f
g
r_{i}=r_{123}=acfg+abdg+efg-acfgbd-acfge-abdgef+abcdefg
ri=r123=acfg+abdg+efg−acfgbd−acfge−abdgef+abcdefg
以上讨论,可进一步拓展至 n n n条供电路径的情况。设对于目标供电节点 i i i,存在供电路径集合 P = { P 1 , P 2 , . . . , P n } P=\{P_1,P_2,...,P_n\} P={P1,P2,...,Pn},现求节点 i i i的用电可靠性 r i r_i ri。相应地,应用 n n n元容斥原理:
r i = r ( P 1 ∪ P 2 ∪ . . . ∪ P n ) = ∑ r ( P i ) − ∑ r ( P i ∩ P j ) + ∑ r ( P i ∩ P j ∩ P k ) − . . . + ( − 1 ) n − 1 r ( P 1 ∩ P 2 ∩ . . . ∩ P n ) r_i=r(P_1\cup P_2 \cup ...\cup P_n)=\sum r(P_i)-\sum r(P_i \cap P_j)+\sum r(P_i \cap P_j \cap P_k)-...+(-1)^{n-1}r(P_1\cap P_2 \cap ... \cap P_n) ri=r(P1∪P2∪...∪Pn)=∑r(Pi)−∑r(Pi∩Pj)+∑r(Pi∩Pj∩Pk)−...+(−1)n−1r(P1∩P2∩...∩Pn)
设 a i ∈ { 1 , 2 , . . . , n } a_i\in\{1,2,...,n\} ai∈{1,2,...,n}且 ∀ i ≠ j \forall i\neq j ∀i=j,有 a i ≠ a j a_i\neq a_j ai=aj,则 m ( m ≤ n ) m(m\leq n) m(m≤n)条供电路径 { P a 1 , P a 2 , . . . , P a m } \{{P_{a_1}},{P_{a_2},...,{P_{a_m}}}\} {Pa1,Pa2,...,Pam}同时可靠的概率描述为
r ( P a 1 ∩ P a 2 ∩ . . . ∩ P a m ) = ∏ p ∈ { P a i ∣ i = 1 , 2 , . . . , m } r ( p ) r(P_{a_1}\cap P_{a_2}\cap...\cap P_{a_m})=\prod_{p\in \{P_{a_i}|i=1,2,...,m\}}r(p) r(Pa1∩Pa2∩...∩Pam)=∏p∈{Pai∣i=1,2,...,m}r(p)
其中 p ∈ { P a i ∣ i = 1 , 2 , . . . , m } p\in \{P_{a_i}|i=1,2,...,m\} p∈{Pai∣i=1,2,...,m}为最小子路径,相互独立。