物理學家對航空公司的貢獻

物理學家對航空公司的貢獻
知識通訊評論第66期

一位常在機場登機閘口大排長龍的物理學家，找出了最快的登機方法。

如何讓乘客以最快速度登機，是世界各大航空公司的一個難題，現在有一名物理學家聲稱，他解決了這個問題。登機對於航空公司來說是個嚴肅的課題，每年的影響達數百萬美元之鉅，尤其是那些一天裡要跑好幾趟的短程航班，然而在過去幾十年裡，登機時間卻一直在加長。

這也難怪，因為根據得出理想登機順序的美國依利諾州巴塔維亞市費米實驗室的史帝芬 (Jason Steffen) 所言，許多航空公司採用的登機方法，幾乎是所有選擇裡最糟糕的一種。

史帝芬本來是尋找奇特新粒子的物理學家，但在離境大廳閘口老是大排長龍，讓他惱怒不已，於是轉而注意到登機的問題。他使用一種廣泛運用在研究原子跟分子如何自我排列，稱為蒙地卡羅算法的計算技巧，模擬乘客如何在劃上座標方格的飛機空間裡移動。

在最簡單的形式下，蒙地卡羅算法會在經過隨機混排組成元件所構成的各種排列情況裡，尋找最低的能量平衡狀態。舉例來說，一個分子隨機移動，整個系統的能量就會隨之重新計算；如果新的能量較低，這樣的改變會被接受的機率，就會根據改善的程度而定。

這套方法應用於登機案例，則是允許乘客隨機登機，每位乘客都有一個特定的座位號碼，然後尋找可以最快讓飛機滿載的登機順序。史帝芬假設造成延宕的最大主因，是乘客坐下之前塞放行李造成的走道阻塞，而每個乘客塞放行李所需的時間則是隨機的。

史帝芬以隨後登機乘客的座位號碼，區別每一種登機順序。他假設每一位乘客在他的前後起碼需要一個人的空間，才能塞放行李。結果最佳的分配情況，是儘量使得乘客跟在他們前後登機的乘客之間，都有一個分隔空列，好讓他們有足夠空間塞放行李。換句話說，要緊的不是登機順序中座位的絕對位置，而是這些座位的相對關係。

航空公司廣泛使用的從飛機後列往前的登機順序，結果是非常的沒有效率，事實上只比最糟糕的前往後登機方式稍微好一點。

最佳的登機順序，是讓每位乘客都有一個特定的排隊位置。妥協方案則是乘客分成好幾群分別登機，每一群乘客的位置彼此之間都相隔甚遠。另一種有效率的選擇方案，則是讓靠窗座位的乘客先登機。

這些處理壅塞問題的策略，比起最糟糕的情況，可以減少一半以上的登機時間。史帝芬說，如果是嚴格排列的最佳化登機順序，能做到的改進效果要大得更多：應用於一架有四十列，一共兩百四十個座位的飛機，相較於傳統由後往前的登機辦法，最佳化的登機順序可以將登機時間減少到七分之一。史帝芬說即使有幾位乘客沒有按照順序登機，無論因為他們是一家人，或者只是不守規矩或搞不清楚，這套方式仍然會是最佳方案。

先前也經常用電腦模擬與數學模型，來試著找出最佳化的登機模式。不過史帝芬表示他的策略，比目前所有在用的都要好。

[註]  更多資訊請參考知識通訊評論第66期