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。
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)
就拿这张图来说,就是问从源点ss到汇点tt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dfsdfs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dfsdfs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dfsdfs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 。
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)
就拿这个图来说,如果我们从ABCDA\to B\to C\to D这样走的话,我们最终得到的最大流只能是100100,但是实际上我们可以走ABDA\to B\to DACDA\to C\to D这两条,这样最大流就是200200。所以说,我们只是简单dfsdfs的话,我们就有可能过早的认为BCB\to C流量不为00,因而在一次dfsdfs之后将BCB\to C变为了00,使得dfsdfs找不到可行路了。所以改进方法就是在每次dfsdfs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dfsdfs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……)
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)
添加反向边之后我们就可以走ACBDA\to C\to B\to D这条路,然后总流量就变为了200200,再次添加反向边,就没有可行路了,所以算法结束,最大流为200200

但是,这种算法同样存在缺陷,就是对于下面这张图
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)
我们最坏可能要进行200200dfsdfs,因为只要走BCB\to C这条路,就算添加反向边,每次总流量也只是添加11而已。
算法复杂度为Θ(C(m+n))=Θ(Cn2)\Theta(C*(m+n))=\Theta(C*n^2)CCdfsdfs运行次数,mm为边数,nn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bfsbfs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bfsbfsDinicDinic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dfsdfs寻找多条增广路。

首先,利用bfsbfs对残余网络进行分层,
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)
一个节点的层数就是源点到它需要经过的最少边数。
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)
在分层完毕之后,利用dfsdfs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(u,v)(u,v)的容量为00并且最上层的节点
为什么?
因为dfsdfs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00了,如果我们回溯到的不是最上层,那么我们再次进行dfsdfs找出的增广路径所增加的流量一定是00!你们猜是否会找不到容量为00的边呢?一定会的!想一下,我们前面每次dfsdfs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00,因此我们一定可以找到这条边。
如果dfsdfs回溯到源点,并且无法往下走的时候,dfsdfs结束。
dfsdfs结束之后,再次用bfsbfs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bfsbfs无法到达汇点时),算法结束,最大流求出。
DinicDinic复杂度是 Θ(nnm)\Theta(n*n*m) (n(n是点数,mm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PKUPKU暑期上课期间的PPTPPT