初识网络流(Ford-Fulkerson算法,Edmonds-Karp 最短增广路算法,Dinic 快速网络流算法)
今天!蒻终于知道了什么是网络流!!
对于一个源点和一个汇点,之间有许多条有一定容量的边,问单位时间内从源点到汇点最多可以流过多少流量。
就拿这张图来说,就是问从源点到汇点单位时间内的最大流量。
那对于最大流问题,有什么解决方法呢?
Ford-Fulkerson算法
基本思想就是每次用从源点开始搜索,直到汇点停止,这之间所经过的边中容量最小的一条边就是每次次所搜索到的容量,然后每次在搜索到汇点之后,对于路径上的每条边,都要减去本次搜索到的流量,最后直到找不到可行路径,每次搜索到的流量加起来就是从源点到汇点的最大流。但是这样做是存在一些问题的 。
就拿这个图来说,如果我们从这样走的话,我们最终得到的最大流只能是,但是实际上我们可以走和这两条,这样最大流就是。所以说,我们只是简单的话,我们就有可能过早的认为流量不为,因而在一次之后将变为了,使得找不到可行路了。所以改进方法就是在每次之后给路径的每一条边加一条反向边。反向边的容量和上次刚找到这条边时的容量相等。这样我们就可以利用这条反向边和剩余的边继续寻找可行路。(至于为何添加反向边这种操作是正确有效的,日后有时间再补,(^_^) 嘻嘻……)
添加反向边之后我们就可以走这条路,然后总流量就变为了,再次添加反向边,就没有可行路了,所以算法结束,最大流为。
但是,这种算法同样存在缺陷,就是对于下面这张图
我们最坏可能要进行次,因为只要走这条路,就算添加反向边,每次总流量也只是添加而已。
算法复杂度为,为运行次数,为边数,为顶点数。
Edmonds-Karp 最短增广路算法
这种算法很好的避免了上述情况,每次找可行路增广时,选择从源点到汇点具有最少边的路径,利用找增广路径。
Dinic 快速网络流算法
上一种算法,每次增广的时候都要进行一次,算法又很好的优化了这个算法,在每一次进行增广的时候,用寻找多条增广路。
首先,利用对残余网络进行分层,
一个节点的层数就是源点到它需要经过的最少边数。
在分层完毕之后,利用做我们前面说的寻找增广路径,增加总流量的值,并且消减路径各边的容量,添加反向边。但是,前面每次碰到汇点之后就停止了,这里我们并不立即停止,而是进行回溯,我们应该回溯到哪个节点呢?我们应该回溯到的节点必须是搜索树中边的容量为并且最上层的节点。
为什么?
因为找到增广路径添加反向边消减路径各边容量之后,有些边可能就为了,如果我们回溯到的不是最上层,那么我们再次进行找出的增广路径所增加的流量一定是!你们猜是否会找不到容量为的边呢?一定会的!想一下,我们前面每次所增加的流量,是由增广路径中容量最小的一条边决定的,所以说我们消减容量的话,一定会将增广路径中那条容量最小的边容量变为,因此我们一定可以找到这条边。
如果回溯到源点,并且无法往下走的时候,结束。
结束之后,再次用对残余网络进行分层,直到分层操作无法算出汇点的层次之后(即无法到达汇点时),算法结束,最大流求出。
复杂度是 是点数,是边数。
靴靴各位巨巨观看!蒻初学,若有错误还请指出!^_^
(本文图片均来自于在暑期上课期间的)