航班座位控制模型實(shí)現(xiàn)與分析

文章編號(hào)：2096-1472（2022）-02-26-03

DOI：10.19644/j.cnki.issn2096-1472.2022.002.007

摘? 要：收益管理是航空公司在航班銷(xiāo)售期間合理分配有限的航班座位，以期在競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下獲得最大收益的有效經(jīng)營(yíng)策略。本文首先介紹了座位分配常用的兩種算法;然后給出了算法的實(shí)現(xiàn)方法，并特別強(qiáng)調(diào)了在不同應(yīng)用環(huán)境下開(kāi)發(fā)算法動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方法;最后對(duì)兩種算法的計(jì)算結(jié)果和計(jì)算時(shí)間進(jìn)行了細(xì)致的比較分析。結(jié)果表明，兩種算法在座位分配效果上無(wú)明顯差異，但第二種算法有明顯的計(jì)算時(shí)間優(yōu)勢(shì)，可為航空公司業(yè)務(wù)實(shí)踐提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：收益管理;座位分配;期望邊際座位收益;動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.1? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Implementation and Analysis of Flight Seat Control Model

WANG Hongjian

（Xiamen Airlines， Xiamen 361006）

wanghongjian@xiamenair.com

Abstract： Revenue management is an effective business strategy for airlines to reasonably allocate limited flight seats during flight sales in order to obtain maximum revenue in a competitive environment. Firstly， two commonly used algorithms for seat allocation are introduced. Then this paper proposes to realize an algorithm implementation method， and particularly emphasize the method of developing algorithm dynamic link library in different application environments. Finally， the calculation results and calculation time of the two algorithms are compared in detail. Results showed that there is no obvious difference between the two algorithms in seat allocation effect， but the second algorithm has obvious advantages in computing time and provides guidance for airline business practices.

Keywords： revenue management; inventory control; expected marginal seat revenue; dynamic link library

1  ?引言（Introduction）

中國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)務(wù)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)而迅速增長(zhǎng)，但也帶來(lái)各航空公司之間持續(xù)不斷的激烈競(jìng)爭(zhēng)。航空公司之間競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是服務(wù)與價(jià)格的組合競(jìng)爭(zhēng)，而解決這一競(jìng)爭(zhēng)的重要技術(shù)之一是已被世界上超過(guò)80%的航空公司采用的收益管理理論與方法[1]。收益管理的主要目標(biāo)是在航班銷(xiāo)售周期內(nèi)，針對(duì)固定數(shù)量的航班物理座位，動(dòng)態(tài)劃分和控制不同價(jià)格的不同艙位的實(shí)際可利用座位數(shù)，以使這種易逝類(lèi)商品能分別以較高的價(jià)格出售，達(dá)到航班收入最大化的目標(biāo)[2]。多年來(lái)，這一方法為世界范圍內(nèi)的大中型航空公司每年增加數(shù)億元的額外收入，是航空公司經(jīng)營(yíng)過(guò)程中普遍采用的重要方法。在大數(shù)據(jù)及人工智能蓬勃發(fā)展的今日，這一方法已經(jīng)擴(kuò)展到酒店、出租車(chē)、高鐵等多個(gè)行業(yè)[3]，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

國(guó)內(nèi)有關(guān)收益管理方法的研究，早期更關(guān)注國(guó)外相關(guān)概念的全盤(pán)引入[4]，或基于基礎(chǔ)概念在多航段應(yīng)用場(chǎng)景下的擴(kuò)展[5]。由于座位分配的基礎(chǔ)算法[6-7]需要大量的積分運(yùn)算，在實(shí)際工程應(yīng)用中有一定的實(shí)現(xiàn)難度，且對(duì)運(yùn)行時(shí)間要求很高，因此國(guó)內(nèi)航空公司主要采用國(guó)外的軟件系統(tǒng)，在核心算法的實(shí)現(xiàn)上缺少自主研發(fā)且實(shí)際投入使用的類(lèi)似系統(tǒng)。

為此，本文給出了兩種主流座位分配算法的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，并分析比較了這兩種算法的適應(yīng)場(chǎng)景，為國(guó)產(chǎn)化同類(lèi)軟件系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)行了有益嘗試。

2? ?航班座位控制算法（Flight seat control algorithm）

航班銷(xiāo)售過(guò)程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，一般高價(jià)艙位旅客會(huì)晚于低價(jià)艙位旅客購(gòu)票，因此，航班座位控制的關(guān)鍵是在已知剩余座位數(shù)和各艙位預(yù)測(cè)需求的情況下，針對(duì)各艙位的可銷(xiāo)售座位數(shù)的設(shè)定，可銷(xiāo)售座位數(shù)稱(chēng)為AU（Available Unit， AU）。假設(shè)航班目前共有100 個(gè)剩余座位，有Y、P、E共3 個(gè)價(jià)格從高到低的艙位可供銷(xiāo)售，設(shè)定AU數(shù)依次為100、80、50。該設(shè)定允許低價(jià)艙位旅客購(gòu)買(mǎi)高價(jià)艙位機(jī)票，反之，則受到限制。當(dāng)E艙位銷(xiāo)售數(shù)超過(guò)50時(shí)，就要關(guān)閉該艙，僅容許銷(xiāo)售Y和P兩個(gè)更高價(jià)艙位，當(dāng)P艙和E艙的銷(xiāo)售數(shù)之和大于80（30+50）時(shí)，就要關(guān)閉P艙和E艙，僅保留Y艙銷(xiāo)售。由此可見(jiàn)，AU的設(shè)置首先需要計(jì)算高價(jià)艙位對(duì)低價(jià)艙位的座位保護(hù)數(shù)[6]，此例中，Y艙對(duì)P艙和E艙的保護(hù)座位數(shù)為20，P艙對(duì)E艙的保護(hù)座位數(shù)為30。這樣的座位控制策略可以保證預(yù)期高價(jià)艙位旅客的訂座需求，從而達(dá)到航班銷(xiāo)售收入最大化的目的。實(shí)際使用中，一般假定各艙位旅客的需求服從正態(tài)分布，先得到各艙位的訂座需求預(yù)測(cè)結(jié)果，然后采用期望邊際座位收益（Expected Marginal Seat Revenue， EMSR）模型進(jìn)行各艙位的保護(hù)數(shù)計(jì)算。EMSR的方法最早由麻省理工學(xué)院的PETER提出，稱(chēng)為EMSRa模型[6]，后又經(jīng)改進(jìn)，稱(chēng)為EMSRb模型[7]。這兩種模型，特別是后期提出的EMSRb模型，已經(jīng)成為收益管理的基準(zhǔn)座位分配模型，在學(xué)術(shù)界得到長(zhǎng)期關(guān)注，在產(chǎn)業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。

2.1? ?EMSRa模型

顯然，EMSRb模型和EMSRa模型相比，可明顯減少積分運(yùn)算次數(shù)。

3? ?算法實(shí)現(xiàn)（The implementation of the algorithm）

3.1? ?算法實(shí)現(xiàn)流程

依據(jù)前面介紹的算法模型，假設(shè)給定Y、Q、E、P共4 個(gè)從高價(jià)到低價(jià)的艙位。本文設(shè)計(jì)了EMSRa和EMSRb的模型計(jì)算流程圖，分別如圖1和圖2所示。在圖1的公式（1）計(jì)算和圖2的公式（6）計(jì)算步驟，需要依據(jù)輸入得到的各艙位需求預(yù)測(cè)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差按照正態(tài)分布進(jìn)行積分運(yùn)算，以獲得相應(yīng)公式中的概率。

3.2? ?動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

由于上述EMSR算法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，且在航空公司的實(shí)際應(yīng)用中往往需要在多個(gè)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用，滿足不同編程語(yǔ)言環(huán)境使用的需求，因此，借鑒其他研究者在類(lèi)似應(yīng)用環(huán)境下的編程經(jīng)驗(yàn)[8-9]，本文采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)算法，并用C++編程實(shí)現(xiàn)。

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)有宏定義和模塊定義兩種實(shí)現(xiàn)方法，宏定義在函數(shù)調(diào)用時(shí)，需在宿主語(yǔ)言進(jìn)行預(yù)聲明，使用起來(lái)較為麻煩;模塊定義方式在宿主語(yǔ)言中的使用較為簡(jiǎn)潔，因此本文選擇模塊定義的方式實(shí)現(xiàn)。

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的編寫(xiě)過(guò)程如下：

（1）創(chuàng)建一個(gè)源文件作為定義的dll應(yīng)用程序的入口，并在該源文件中依次用非托管的方法編寫(xiě)EMSR算法，然后將得到的座位分配數(shù)作為返回值依次輸出;

（2）宏定義extern "C" __declspec（dllexport），以便于在編寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)通過(guò)DllImport調(diào)用非托管的C++編寫(xiě)的dll文件;

（3）編寫(xiě)def模塊，并編譯項(xiàng)目，在Debug目錄生成dll文件;

（4）將生成的dll文件放到應(yīng)用程序項(xiàng)目文件夾下bin目錄中的Debug目錄下;

（5）在應(yīng)用程序中添加對(duì)“System.Runtime.InteropServices”的引用，以調(diào)用DllImport;

（6）用DllImport作為C#中對(duì)C++編寫(xiě)的dll文件的導(dǎo)入入口特征，并通過(guò)static extern與dll文件中宏定義的extern "C"進(jìn)行對(duì)應(yīng)，完成對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用。

4? ?算法分析與比較（Algorithm analysis and comparison）

為了比較算法的有效性，本文選取三種典型情況進(jìn)行計(jì)算結(jié)果分析。取價(jià)格從高到低Y、Q、E、P共4 個(gè)艙位，總需求在下面說(shuō)明范圍內(nèi)較小浮動(dòng)，AU數(shù)（AUY、AUQ、AUE、AUP）為分別采用EMSRa和EMSRb算法得到的決策結(jié)果，即在航班剩余座位數(shù)已知的情況下，如何給上述4 個(gè)艙位合理分配可銷(xiāo)售座位數(shù)。座位分配遵從高價(jià)包含低價(jià)的原則，分配給低價(jià)艙的座位可同時(shí)被高價(jià)艙銷(xiāo)售，因此，AUY、AUQ、AUE、AUP逐次變小。航班剩余的所有座位數(shù)都可供最高票價(jià)的Y艙銷(xiāo)售，所以AUY等于航班當(dāng)前剩余座位數(shù)?？偸找嬷冈贏U數(shù)確定的情況下，航班上所有剩余座位能獲得的期望座位收益總和，該值越大，說(shuō)明AU數(shù)的分配越理想。

（1）情形1：在各艙價(jià)格差異較大、需求均勻增長(zhǎng)的情況下，如Y艙價(jià)格高于2，000且其余各艙位價(jià)格差距大于500，各艙位需求從高到低在10、20、30、30左右，標(biāo)準(zhǔn)差在10%左右時(shí)，計(jì)算結(jié)果如表1所示。可見(jiàn)，兩種算法的總收益無(wú)明顯差異，EMSRa稍高。

（2）情形2：在各艙價(jià)格差異較大、高價(jià)艙與低價(jià)艙需求皆旺盛的情況下，如各艙價(jià)格同情形1，但艙位需求都在45左右變化時(shí)，計(jì)算結(jié)果如表2所示。此時(shí)可見(jiàn)EMSRa的P艙的分配數(shù)較EMSRb低，其E艙分配數(shù)比EMSRb稍高，但EMSRb的總收益稍高。

（3）情形3：價(jià)格同上情況下，高價(jià)艙需求較少，低價(jià)艙需求旺盛時(shí)，EMSRa總收益稍高，如表3所示。各艙位需求從高到低在3、4、10、80左右變動(dòng)。

從上述分析可見(jiàn)，兩種模型在各種情況下總收益相距甚微，但計(jì)算時(shí)間相差較大。上述情形2和3，是航空公司實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常面臨的場(chǎng)景，且情形2對(duì)最低價(jià)艙位預(yù)留座位數(shù)較少，次低價(jià)艙位則保留了較多的座位數(shù)，這不利于需求整體旺盛時(shí)，和其他航空公司的低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，因此應(yīng)用場(chǎng)景下建議航空公司采用EMSRb算法。

5? ?結(jié)論（Conclusion）

針對(duì)航空公司收益管理中航班剩余座位分配的兩種算法EMSRa和EMSRb，本文首先介紹了兩種算法的計(jì)算原理;然后，分別給出了兩種算法的實(shí)現(xiàn)流程，并特別強(qiáng)調(diào)了用C++語(yǔ)言將算法編寫(xiě)為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方法，以期在不同應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境下得到軟件復(fù)用。本文在不同應(yīng)用場(chǎng)景下仿真比較了兩種算法的座位分配結(jié)果和計(jì)算實(shí)踐，結(jié)果表明，兩種算法的座位分配結(jié)果并無(wú)明顯差異，但后者的計(jì)算效率明顯優(yōu)于前者。本文的研究結(jié)果可直接為航空公司相關(guān)業(yè)務(wù)實(shí)踐提供指導(dǎo)。

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作者簡(jiǎn)介：

王洪建（1966-），男，碩士，高級(jí)工程師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用，智能優(yōu)化.

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