最大流最小割定理

2022-06-22 21:30:14 字數 1754 閱讀 3146

先來理解幾個概念

在原先能夠流通的網路中移除的邊集,使得網路無法流通

所有的割中邊權和最小的割即為最小割

可以想象一下,kido為了自給自足給自己建了超多供水管道(kido能進行光合作用),形成了乙個網路,然後容量越大的管道防護設施越好,但是總有人想渴死kido就想炸掉管道,但是貧乏的****既想渴死kido又想節約成本,那麼最節約成本的破壞管道的方案即為最小割

在任何的網路中,最大流的值等於最小割的容量

具體的證明分三部分

1.任意乙個流都小於等於任意乙個割

這個很好理解 自來水公司隨便給你家通點水,構成乙個流

****隨便砍幾刀 砍出乙個割

由於容量限制,每一根的被砍的水管子流出的水流量都小於管子的容量

每一根被砍的水管的水本來都要到你家的,現在流到外面 加起來得到的流量還是等於原來的流

管子的容量加起來就是割,所以流小於等於割

由於上面的流和割都是任意構造的,所以任意乙個流小於任意乙個割

2.構造出乙個流等於乙個割

當達到最大流時,根據增廣路定理

殘留網路中s到t已經沒有通路了,否則還能繼續增廣

我們把s能到的的點集設為s,不能到的點集為t

構造出乙個割集c[s,t],s到t的邊必然滿流 否則就能繼續增廣

這些滿流邊的流量和就是當前的流即最大流

把這些滿流邊作為割,就構造出了乙個和最大流相等的割

相當於在殘量網路中,源點能到達的結點的各個邊的容量和為最大流

所以如果我們要求乙個最小割的邊集,我們只要跑一編最大流,然後在殘量網路中找正向邊殘量為0的邊,那麼這條邊肯定在最小割裡面,這樣就可以得到一組最小割的邊集

3.最大流等於最小割

設相等的流和割分別為fm和cm

則因為任意乙個流小於等於任意乙個割

任意f≤fm=cm≤任意c

定理說明完成,證明如下:

對於乙個網路流圖g=(v,e) g=(v,e)g=(v,e),其中有源點s和匯點t,那麼下面三個條件是等價的:

1.流f是圖g的最大流

2.殘留網路gf不存在增廣路

3.對於g的某乙個割(s,t),此時f=c(s,t) 

首先證明1 => 2:

我們利用反證法,假設流f是圖g的最大流,但是殘留網路中還存在有增廣路p,其流量為fp。則我們有流f′=f+fp>f 。這與f是最大流產生矛盾。

接著證明2 => 3:

假設殘留網路gf不存在增廣路,所以在殘留網路gf中不存在路徑從s到達t。我們定義s集合為:當前殘留網路中s能夠到達的點。同時定義t=v-s。

此時(s,t)構成乙個割(s,t)。且對於任意的u∈s,v∈t ,有f(u,v)=c(u,v)。若f(u,v)=c(u,v) 。若c(u,v)f(u,v)0,s可以到達v,與v屬於t矛盾。

因此有f(s,t)=σf(u,v)=σc(u,v)=c(s,t)。

最後證明3 => 1:

由於f的上界為最小割,當f到達割的容量時,顯然就已經到達最大值,因此f為最大流。

這樣就說明了為什麼找不到增廣路時,所求得的一定是最大流。

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