網路流 最大流演算法之EK

2021-09-01 11:58:30 字數 1898 閱讀 2793

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...

網路流之最大流演算法模板EK

include include include include using namespace std int maxdata 0x7fffffff int capacity 200 200 c 1000 1000 c i j 儲存初值,因為每次計算都會改變capacity i j 的值,capac...

網路流一 最大流EK演算法(bfs)

poj 1273 網路流最大流ek演算法 時間複雜度上限為nm 2 include include include include using namespace std define maxn 0x7fffffff int n,m int gra 210 210 int pre 210 int f...