扩展:多路增广

一般的,在执行增广路算法时,都是先用BFS或DFS从源到汇找到一条增广路,记录下应修改的流量,然后再顺着路倒回去增广.反复这个过程直到增广路找不到了为止.
 
显然的,我们做了很多无用功,假设有两条很长的增广路,前面大部分都是重叠的,只是在最后关头分了个岔,而程序却把前面很长的路走了两次.
 
为什么要这样?
 
不妨把两条增广路合并起来,不止是两条,所有的增广路都可以按其前缀合并起来,而形成一棵增广树.找增广树可以用DFS,正如生成搜索树一样.
最大流增广路算法的扩展,多路增广
 
简而言之,对于当前的每一个结点记录一个可提供的最大流量,源点的可供流量显然是无穷大,当推到下一个点时,最大流量取边的容量和上个点提供的最大流量的较小值.
 
当到达汇点时,自然DFS开始回朔,这时按当前点的已用流量增广当前点与他父亲相连的边,同时将增广值累加到他父亲的已用流量上,并在他父亲的可提供流量上减掉这个值,以便在搜索他父亲剩下的儿子时,让所有儿子的已用流量总和不大于父亲的可提供流量,不然就出错了.
 
我们按照以下步骤做:
search node(available)
{
  1.得到node的可提供流量available
  2.search node's all son(可提供流量)
    {
        inc(已用流量,当前儿子实际增广的流量)
        dec(可提供流量,<同上>)
    }
  3.用得到的已用流量的值增广边(node-node's father)
  4.return 边的增广量 到 node'fahter
}
 
每进行一次以上步骤,我们就完成了一次多路增广,并且返回了一个值到源点,即DFS的根.这个值表示本次操作中将流量扩大了多少.重复操作直到返回值为0.得到最大流的数值即累加每次的返回值.
 

SAP(最短增广路算法) 最大流模板

#include <iostream>
#include <queue>
#define msize 1024      //最大顶点数目
using namespace std;
 
int d[msize];           //标号
int r[msize][msize];    //残留网络,初始为原图
int num[msize];         //num[i]表示标号为i的顶点数有多少
int pre[msize];
int n,m,s,t;            //m个顶点,n条边,从源点s到汇点t
 
void ini_d() //BFS计算标号,汇点t标号为0
{
    int k;
    queue<int>Q;
 
    memset(d,1,sizeof(d));
    memset(num,0,sizeof(num));
 
    Q.push(t);
    d[t]=0;
    num[0]=1;
    while (!Q.empty())
    {
        k=Q.front(),Q.pop();
        for (int i=0;i<m;i++)
        {
            if (d[i]>=m&&r[i][k]>0)
            {
                d[i]=d[k]+1;
                Q.push(i);
                num[d[i]]++;
            }
        }
    }
}
 
int findAlowArc(int i)       //从i出发寻找允许弧
{
    int j;
    for (j=0;j<m;j++)

        if (r[i][j]>0&&d[i]==d[j]+1) return j;
 
    return -1;
}
 
int reLable(int i)         //重新标号
{
    int mm=INT_MAX;
    for (int j=0;j<m;j++)
        if (r[i][j]>0) mm=min(mm,d[j]+1);
 
    return mm==INT_MAX?m:mm;
}
 
int maxFlow(int s,int t)      //从源点s出发的最大流
{
    int flow=0,i=s,j;
    int delta;              //增量
 
    memset(pre,-1,sizeof(pre));
    while (d[s]<m)
    {
        j=findAlowArc(i);
        if (j>=0)
        {
            pre[j]=i;
            i=j;
            if (i==t)           //更新残留网络
            {
                delta=INT_MAX;
                for (i=t;i!=s;i=pre[i])

                     delta=min(delta,r[pre[i]][i]);
                for (i=t;i!=s;i=pre[i])

                     r[pre[i]][i] -= delta, r[i][pre[i]] += delta;
                flow += delta;
            }
        }
        else
        {
            int x=reLable(i);       //重新标号
            num[x]++;
            num[d[i]];
            if (num[d[i]]==0) return flow;      //间隙优化
            d[i]=x;
            if (i!=s) i=pre[i];
        }
    }
 
    return flow;

 

FF算法

分为三个步骤,首先寻找一条增广路(如果没有增广路,则返回最大流),同时保存路径;其次,对路径上的流量求最小值,记为min;最后根据路径修改网络,对于前向边,减去最小值,对于后向边,加上最小值,或者直接修改容量。

增广路:从源点s到汇点t的一条有向路径,如果从源点开始不可以到汇点,那么没有增广路。

保存:用一个数组保存,一般是采用父亲表示法(父链接),保存当前节点的父亲, 寻找的时候采用的是迭代的方式实现求最小值以及修改原网络。

寻找增广路,采用bfs的方式。详细算法如下:

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
const int N = 210;
const int INF = 0x7FFFFFFF;
int n,m,map[N][N],path[N],flow[N],start,end;
queue<int> q;

int bfs()

{
     int i,t;
     while(!q.empty()) 

             q.pop();   //清空队列
     memset(path,-1,sizeof(path));  //保存父亲的数组,初始化为-1
     path[start]=0,flow[start]=INF;   //flow[] 保存当前的最小容量
     q.push(start);
     while(!q.empty())

     {
         t=q.front();
         q.pop();
         if(t==end)   break;   //找到一条增广路
         for(i=1;i<=m;i++)

         {
             if(i!=start && path[i]==-1 && map[t][i])

                {
                             flow[i]=flow[t]<map[t][i]?flow[t]:map[t][i];
                            q.push(i);
                            path[i]=t;
                }
         }
     }
     if(path[end]==-1return -1;   //如果汇点的父亲等于-1,说明不能到达最后。
     return flow[m];                   //一次遍历之后的流量增量,min
 }
 int Edmonds_Karp()

{
     int max_flow=0,step,now,pre;
     while((step=bfs())!=-1)

     {          //找不到增路径时退出
               max_flow+=step;
               now=end;
              while(now!=start)

             {
                        pre=path[now];
                        map[pre][now]-=step;      //更新正向边的实际容量
                       map[now][pre]+=step;      //添加反向边
                       now=pre;
              }
     }
     return max_flow;
 }
 int main()

{
     int i,u,v,cost;
     while(scanf("%d %d",&n,&m)!=EOF)

     {
               memset(map,0,sizeof(map));
              for(i=0;i<n;i++)

              {
                      scanf("%d %d %d",&u,&v,&cost);
                      map[u][v]+=cost;           //not just only one input
              }
              start=1,end=m;
              printf("%d\n",Edmonds_Karp());
      }
     return 0;
 }

主要分为模块三个:

模块1:

int FF()

{

     while(有增广路){

          更新原图的前向边(减min),后向边(+min),同时保存最大流的增量值。

         }

        返回最大流值。

}

模块2:

int agument_path()

{

     源点进队;

    while(队列不空)

    {  出队;

      如果达到汇点,则结束;

      for(i=1;i<=m;i++){ 

      //搜索整个图的邻接边

     如果未保存,且边不为0(可增的量),且不是开始节点

             进队,保存,求最小值

    }

    如果汇点的父亲没有,说明没有增广路,返回-1;

   返回最小值;

}

 

模块3:

building{

for(i=0;i<n;i++){
             scanf("%d %d %d",&u,&v,&cost);
             map[u][v]+=cost;           //not just only one input

}
最大流的建图思想:对于每条边,直接累加其容量就可以了。

 
posted on 2014-11-03 20:30  星斗万千  阅读(3950)  评论(0编辑  收藏  举报