首先是網路流中的一些定義:
v表示整個圖中的所有結點的集合.
e表示整個圖中所有邊的集合.
g = (v,e) ,表示整個圖.
s表示網路的源點,t表示網路的匯點.
對於每條邊(u,v),有乙個容量c(u,v) (c(u,v)>=0),如果c(u,v)=0,則表示(u,v)不存在在網路中。相反,如果原網路中不存在邊(u,v),則令c(u,v)=0.
對於每條邊(u,v),有乙個流量f(u,v).
乙個簡單的例子.網路可以被想象成一些輸水的管道.括號內右邊的數字表示管道的容量c,左邊的數字表示這條管道的當前流量f.
網路流的三個性質:
1、容量限制: f[u,v]<=c[u,v]
2、反對稱性:f[u,v] = - f[v,u]
3、流量平衡: 對於不是源點也不是匯點的任意結點,流入該結點的流量和等於流出該結點的流量和。
只要滿足這三個性質,就是乙個合法的網路流.
最大流問題,就是求在滿足網路流性質的情況下,源點 s 到匯點 t 的最大流量。
求乙個網路流的最大流有很多演算法 這裡首先介紹 增廣路演算法(ek)
學習演算法之前首先看了解這個演算法中涉及到的幾個圖中的定義:
**殘量網路
為了更方便演算法的實現,一般根據原網路定義乙個殘量網路。其中r(u,v)為殘量網路的容量。
r(u,v) = c(u,v) – f(u,v)
通俗地講:就是對於某一條邊(也稱弧),還能再有多少流量經過。
gf 殘量網路,ef 表示殘量網路的邊集.
這是上面圖的乙個殘量網路。殘量網路(如果網路中一條邊的容量為0,則認為這條邊不在殘量網路中。
r(s,v1)=0,所以就不畫出來了。另外舉個例子:r(v1,s) = c(v1,s) – f(v1,s) = 0 – (-f(s,v1)) = f(s,v1) = 4.
其中像(v1,s)這樣的邊稱為後向弧,它表示從v1到s還可以增加4單位的流量。
但是從v1到s不是和原網路中的弧的方向相反嗎?顯然「從v1到s還可以增加4單位流量」這條資訊毫無意義。那麼,有必要建立這些後向弧嗎?
顯然,第1個圖中的畫出來的不是乙個最大流。
但是,如果我們把s -> v2 -> v1 -> t這條路徑經過的弧的流量都增加2,就得到了該網路的最大流。
注意到這條路徑經過了一條後向弧:(v2,v1)。
如果不設立後向弧,演算法就不能發現這條路徑。
**從本質上說,後向弧為演算法糾正自己所犯的錯誤提供了可能性,它允許演算法取消先前的錯誤的行為(讓2單位的流從v1流到v2)
注意,後向弧只是概念上的,在程式中後向弧與前向弧並無區別.
**增廣路
增廣路定義:在殘量網路中的一條從s通往t的路徑,其中任意一條弧(u,v),都有r[u,v]>0。
如圖綠色的即為一條增廣路。
看了這麼多概念相信大家對增廣路演算法已經有大概的思路了吧。
**增廣路演算法
增廣路演算法:每次用bfs找一條最短的增廣路徑,然後沿著這條路徑修改流量值(實際修改的是殘量網路的邊權)。當沒有增廣路時,演算法停止,此時的流就是最大流。
**增廣路演算法的效率
設n = |v|, m = |e|
每次增廣都是一次bfs,效率為o(m),而在最壞的情況下需要(n-2增廣。(即除源點和匯點外其他點都沒有連通,所有點都只和s與t連通)
所以,總共的時間複雜度為o(m*n),所以在稀疏圖中效率還是比較高的。
網路流最大流 EK演算法
網路流是模仿水流解決生活中類似問題的一種方法策略,來看這麼乙個問題,有乙個自來水廠s,它要向目標t提供水量,從s出發有不確定數量和方向的水管,它可能直接到達t或者經過更多的節點的中轉,目前確定的是每條水管中水流的流向是確定的 單向 且每個水管單位時間內都有屬於自己的水流量的上限 超過會爆水管 問題是...
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