python练习：“互联网 +” 时代的出租车资源配置的数学建模（一）
摘要： 本论文聚焦于 “互联网 +” 时代出租车资源配置问题。针对不同时空出租车资源的供求匹配程度进行分析，构建相关指标体系与模型。研究各公司出租车补贴方案对缓解打车难的作用，并设计新打车软件服务平台补贴方案且验证其合理性。本研究为出租车资源配置相关决策提供依据与参考。
一、引言
出租车是城市公共交通的重要补充，打车难问题在多地尤其是高峰时段和特定区域常见。“互联网 +” 时代打车软件平台兴起并推出补贴方案，这为优化出租车资源配置带来机遇与挑战。深入研究出租车资源在不同时空的供求匹配、评估补贴方案效果及设计新方案意义重大。
二、问题分析
（一）问题 1
为分析不同时空出租车资源的供求匹配程度，需考虑时间维度（如工作日与非工作日、高峰与非高峰时段）和空间维度（如商业区、住宅区、交通枢纽等不同区域类型）下的出租车需求与供给情况。需求可通过乘客叫车订单数量、等待时长等体现，供给可由出租车空载率、在特定区域的分布数量等表征。构建综合指标来量化不同时空下的供求匹配程度，以揭示资源配置的合理性。
（二）问题 2
各公司出租车补贴方案对缓解打车难的影响复杂。补贴可能改变乘客叫车意愿和司机接单积极性，进而影响市场供需平衡。一方面，补贴可能吸引更多乘客用打车软件，增加需求；另一方面，也可能促使司机更多投入运营或改变运营区域，增加供给。需构建模型综合考虑这些因素变化，评估补贴方案对缓解打车难的实际效果。
（三）问题 3
设计新的打车软件服务平台补贴方案时，应基于提升整体资源配置效率和社会福利的目标。要考虑如何通过补贴合理引导乘客错峰出行、分散出行需求，同时激励司机在不同区域和时段均衡分布，以实现供求的更好匹配。并且需要从经济合理性、可行性以及对市场秩序的影响等多方面论证所设计方案的合理性。
三、模型假设
- 假设所收集的数据能真实反映出租车市场的供求情况，不存在数据偏差或虚假数据干扰。
- 假定在研究期间内，城市的人口分布、交通基础设施等宏观因素相对稳定，不发生重大变化影响出租车需求。
- 忽略天气等短期随机因素对出租车需求和供给的极端影响，认为其影响在整体数据中可平均化。
- 假设出租车司机和乘客均为理性经济人，在补贴政策下会基于自身利益做出决策，但决策过程符合一般市场规律。
四、模型建立与求解
（一）问题 1 模型
- 供求匹配指标构建
构建一个指标来衡量不同时空出租车资源的供求匹配情况，当完全匹配时值为特定情况，表示供求完全匹配；当完全不匹配时值为另一特定情况，表示供求完全不匹配。通过对不同时空点的该指标计算，可以直观地了解出租车资源的供求匹配程度。 - 数据收集与处理及代码实现
收集不同时间段（如工作日早高峰 7 - 9 点、晚高峰 17 - 19 点、非高峰时段等）和不同区域（如市中心商业区、居民区、火车站等）的出租车订单数据作为需求数据，收集出租车的 GPS 定位数据获取不同时空的出租车数量作为供给数据。以下是使用 Python 语言实现计算不同时空供求匹配指标的代码示例：
收起
python
import pandas as pd
import numpy as np
# 假设需求数据存储在名为demand.csv的文件中，包含三列：时间、区域、需求数量
# 供给数据存储在名为supply.csv的文件中，同样包含三列：时间、区域、供给数量
demand_data = pd.read_csv('demand.csv')
supply_data = pd.read_csv('supply.csv')
# 构建供求匹配指标计算函数
def matching_index(t, x):
"""
计算在时间t和空间位置x处的供求匹配指标值
"""
demand = demand_data[(demand_data['时间'] == t) & (demand_data['区域'] == x)]['需求数量'].values[0]
supply = supply_data[(supply_data['时间'] == t) & (supply_data['区域'] == x)]['供给数量'].values[0]
return np.min([demand, supply]) / np.max([demand, supply])
# 示例：计算某个时间和区域的供求匹配指标
t_example = '工作日早高峰'
x_example = '商业区'
matching_value = matching_index(t_example, x_example)
print(f"在{t_example}的{x_example}区域，供求匹配指标值为{matching_value}")
# 若要批量计算不同时空下的匹配指标并可视化（示例简单用打印输出，可结合可视化库如seaborn绘制热力图等进一步展示）
time_list = demand_data['时间'].unique()
area_list = demand_data['区域'].unique()
for t in time_list:
for x in area_list:
index_value = matching_index(t, x)
print(f"时间：{t}，区域：{x}，供求匹配指标值：{index_value}")