网络流_Edmond-Karp算法

转载:网络流基础篇——Edmond-Karp算法             BY纳米黑客

网络流的相关定义:

  • 源点:有n个点,有m条有向边,有一个点很特殊,只出不进,叫做源点
  • 汇点:另一个点也很特殊,只进不出,叫做汇点
  • 容量和流量:每条有向边上有两个量,容量和流量,从i到j的容量通常用c[i,j]表示,流量则通常是f[i,j].

通常可以把这些边想象成道路,流量就是这条道路的车流量,容量就是道路可承受的最大的车流量。很显然的,流量<=容量。而对于每个不是源点和汇点的点来说,可以类比的想象成没有存储功能的货物的中转站,所有“进入”他们的流量和等于所有从他本身“出去”的流量。

  • 最大流:把源点比作工厂的话,问题就是求从工厂最大可以发出多少货物,是不至于超过道路的容量限制,也就是,最大流

网络流基础篇——Edmond-Karp算法

求解思路:

首先,假如所有边上的流量都没有超过容量(不大于容量),那么就把这一组流量,或者说,这个流,称为一个可行流

一个最简单的例子就是,零流,即所有的流量都是0的流。

  • (1).我们就从这个零流开始考虑,假如有这么一条路,这条路从源点开始一直一段一段的连到了汇点,并且,这条路上的每一段都满足流量<容量,注意,是严格的<,而不是<=。
  • (2).那么,我们一定能找到这条路上的每一段的(容量-流量)的值当中的最小值delta。我们把这条路上每一段的流量都加上这个delta,一定可以保证这个流依然是可行流,这是显然的。
  • (3).这样我们就得到了一个更大的流,他的流量是之前的流量+delta,而这条路就叫做增广路。我们不断地从起点开始寻找增广路,每次都对其进行增广,直到源点和汇点不连通,也就是找不到增广路为止。
  • (4).当找不到增广路的时候,当前的流量就是最大流,这个结论非常重要。

补充:

  • (1).寻找增广路的时候我们可以简单的从源点开始做BFS,并不断修改这条路上的delta 量,直到找到源点或者找不到增广路。
  • (2).在程序实现的时候,我们通常只是用一个c 数组来记录容量,而不记录流量,当流量+delta 的时候,我们可以通过容量-delta 来实现,以方便程序的实现。

 

相关问题:

为什么要增加反向边?

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在做增广路时可能会阻塞后面的增广路,或者说,做增广路本来是有个顺序才能找完最大流的。

但我们是任意找的,为了修正,就每次将流量加在了反向弧上,让后面的流能够进行自我调整。

举例:

比如说下面这个网络流模型

3

我们第一次找到了1-2-3-4这条增广路,这条路上的delta值显然是1。

于是我们修改后得到了下面这个流。(图中的数字是容量)

4

这时候(1,2)和(3,4)边上的流量都等于容量了,我们再也找不到其他的增广路了,当前的流量是1。

但是,

这个答案明显不是最大流,因为我们可以同时走1-2-4和1-3-4,这样可以得到流量为2的流。

那么我们刚刚的算法问题在哪里呢

问题就在于我们没有给程序一个“后悔”的机会,应该有一个不走(2-3-4)而改走(2-4)的机制。

那么如何解决这个问题呢

我们利用一个叫做反向边的概念来解决这个问题。即每条边(i,j)都有一条反向边(j,i),反向边也同样有它的容量。

我们直接来看它是如何解决的:

在第一次找到增广路之后,在把路上每一段的容量减少delta的同时,也把每一段上的反方向的容量增加delta。

 

           c[x,y]-=delta;
           c[y,x]+=delta;


我们来看刚才的例子,在找到1-2-3-4这条增广路之后,把容量修改成如下:

1

这时再找增广路的时候,就会找到1-3-2-4这条可增广量,即delta值为1的可增广路。将这条路增广之后,得到了最大流2。

2

那么,这么做为什么会是对的呢?

事实上,当我们第二次的增广路走3-2这条反向边的时候,就相当于把2-3这条正向边已经是用了的流量给“退”了回去,不走2-3这条路,而改走从2点出发的其他的路也就是2-4。

如果这里没有2-4怎么办?

这时假如没有2-4这条路的话,最终这条增广路也不会存在,因为他根本不能走到汇点

同时本来在3-4上的流量由1-3-4这条路来“接管”。而最终2-3这条路正向流量1,反向流量1,等于没有流。

附上自己写的Emonks_Karp:

 1 #include<iostream>
 2 #include<cstdio>
 3 #include<algorithm>
 4 #include<cstring>
 5 #include<queue>
 6 using namespace std;
 7 
 8 const int INF=0xf777;
 9 const int MAXN=1000;
10 
11 int n,m,ans;
12 int vis[MAXN],pre[MAXN];
13 int mp[MAXN][MAXN];
14 
15 bool bfs(int s,int t)
16 {
17     memset(vis,0,sizeof(vis));
18     memset(pre,-1,sizeof(pre));
19     vis[s]=1;
20     queue<int> Q;
21     Q.push(s);
22     while(!Q.empty())
23     {
24         int q=Q.front();Q.pop();
25         if(q==t) return true;
26         for(int i=1;i<=n;i++)
27             if(!vis[i]&&mp[q][i])
28             {
29                 vis[i]=1;
30                 pre[i]=q;
31                 Q.push(i);
32             }
33     }
34     return false;
35 }
36 
37 int Edmonds_Karp(int s,int t)
38 {
39     int ans=0;
40     while(bfs(s,t))
41     {
42         int minn=INF;
43         for(int i=t;i!=s;i=pre[i])
44             minn=min(minn,mp[pre[i]][i]);
45         for(int i=t;i!=s;i=pre[i])
46         {
47             mp[pre[i]][i]-=minn;
48             mp[i][pre[i]]+=minn;
49         }
50         ans+=minn;
51     }
52     return ans;
53 }
54 
55 int main()
56 {
57     scanf("%d%d",&m,&n);
58     for(int i=1;i<=n;i++)
59     {
60         int x,y,z;
61         scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);
62         mp[x][y]=z;
63     }
64     printf("%d",Edmonds_Karp(1,n));
65     return 0;
66 }

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转载自www.cnblogs.com/InWILL/p/9615214.html
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