最大流——Dinic算法
1、Dinic算法思路
Dinic算法的思想也是分阶段地在层次网络中增广。它与最短增广路算法不同之处是:最短增广路每个阶段执行完一次BFS增广后,要重新启动BFS从源点Vs开始寻找另一条增广路;而在Dinic算法中,只需一次DFS过程就可以实现多次增广,这是Dinic算法的巧妙之处。Dinic算法具体步骤如下:
(1)初始化容量网络和网络流。
(2)构造残留网络和层次网络,若汇点不再层次网络中,则算法结束。
(3)在层次网络中用一次DFS过程进行增广,DFS执行完毕,该阶段的增广也执行完毕。
(4)转步骤(2)。
在Dinic的算法步骤中,只有第(3)步与最短增广路相同。在下面实例中,将会发现DFS过程将会使算法的效率有非常大的提高。
Dinic算法复杂度分析
与最短增广路算法一样,Dinic算法最多被分为n个阶段,每个阶段包括建层次网络和寻找增广路两部分,其中建立层次网络的复杂度仍是O(n*m)。
现在来分析DFS过程的总复杂度。在每一阶段,将DFS分成两部分分析。
(1)修改增广路的流量并后退的花费。在每一阶段,最多增广m次,每次修改流量的费用为O(n)。而一次增广后在增广路中后退的费用也为O(n)。所以在每一阶段中,修改增广路以及后退的复杂度为O(m*n)。
(2)DFS遍历时的前进与后退。在DFS遍历时,如果当前路径的最后一个顶点能够继续扩展,则一定是沿着第i层的顶点指向第i+1层顶点的边向汇点前进了一步。因为增广路经长度最长为n,所以最坏的情况下前进n步就会遇到汇点。在前进的过程中,可能会遇到没有边能够沿着继续前进的情况,这时将路径中的最后一个点在层次图中删除。
注意到每后退一次必定会删除一个顶点,所以后退的次数最多为n次。在每一阶段中,后退的复杂度为O(n)。
假设在最坏的情况下,所有的点最后均被退了回来,一共共后退了n次,这也就意味着,有n次的前进被“无情”地退了回来,这n次前进操作都没有起到“寻找增广路”的作用。除去这n次前进和n次后退,其余的前进都对最后找到增广路做了贡献。增广路最多找到m次。每次最多前进n个点。所以所有前进操作最多为n+m*n次,复杂度为O(n*m)。
于是得到,在每一阶段中,DFS遍历时前进与后退的花费为O(m*n)。
综合以上两点,一次DFS的复杂度为O(n*m)。因此,Dinic算法的总复杂度即O(m*n*n)。
下面的实现,有借鉴别人的方法。主要是利用BFS构建层次网络,这里用level数组来存储每个顶点的层数。
然后利用dfs进行增广,默认M个节点,第M个节点就是汇点。然后当第M个节点不在分层网络时,就结束。
#include <iostream> #include <queue> using namespace std; const int INF = 0x7fffffff; int V, E; int level[205]; int Si, Ei, Ci; struct Dinic { int c; int f; }edge[205][205]; bool dinic_bfs() //bfs方法构造层次网络 { queue<int> q; memset(level, 0, sizeof(level)); q.push(1); level[1] = 1; int u, v; while (!q.empty()) { u = q.front(); q.pop(); for (v = 1; v <= E; v++) { if (!level[v] && edge[u][v].c>edge[u][v].f) { level[v] = level[u] + 1; q.push(v); } } } return level[E] != 0; //question: so it must let the sink node is the Mth?/the way of yj is give the sink node's id } int dinic_dfs(int u, int cp) { //use dfs to augment the flow int tmp = cp; int v, t; if (u == E) return cp; for (v = 1; v <= E&&tmp; v++) { if (level[u] + 1 == level[v]) { if (edge[u][v].c>edge[u][v].f) { t = dinic_dfs(v, min(tmp, edge[u][v].c - edge[u][v].f)); edge[u][v].f += t; edge[v][u].f -= t; tmp -= t; } } } return cp - tmp; } int dinic() { int sum=0, tf=0; while (dinic_bfs()) { while (tf = dinic_dfs(1, INF)) sum += tf; } return sum; } int main() { while (scanf("%d%d", &V, &E)) { memset(edge, 0, sizeof(edge)); while (V--) { scanf("%d%d%d", &Si, &Ei, &Ci); edge[Si][Ei].c += Ci; } int ans = dinic(); printf("%d\n", ans); } return 0; }