最大流(网络流)基础篇(剪辑)

网络流初步总结

查看资料:lrj 《算法竞赛入门经典》

相关概念:

最大流:(Maximum-Flow Problem)

      从源点 S  中间经过一些点,一些的物品运送到汇点 t 。

              中途每两点间都有个最大运送物品数。

              求从 s 到 t 最多能运送多少物品。

                                           


容量: 对于一条边 (u,v),它的物品上限(能够运送的物品最大数量)称为容量 (capacity),

    记为 c(u,v) (对于不存在的边 (u,v) , c(u,v) = 0)

流量: 实际运送物品数称为流量 (flow)

            规定:f(u,v) 和 f(v,u) 最多只有一个正数(可以均为 0),且 f(u,v) = - f(v,u)

                                        

PS:此图左边表示实际运送物品,右边表示最大容量。


结论:对于除了 s 和 t 的任意节点 u,  ∑ f(u,v)  = 0 (有些 f 为负数) 。

                                                           (u,v)∈E


最大流问题中: 容量 c 和 流量 f 满足三个性质

  容量限制 f(u,v) <= c(u,v)

  斜对称:f(u, v) = -f(u,v)

  流量平衡对于除了 s 和 t 的任意节点 u,  ∑ f(u,v)  = 0 (有些 f 为负数) 。

                                                                                            (u,v)∈E

目标:最大化 | f |  = ∑ f(s,v)       =    ∑ f(u,t)             即从 S 点流出的净流量(=流入 t 点的净流量) 

                                 (s,v)∈E ,         (u,t)∈E


增广路算法:

残量:上图中每条边上的容量差 (称为残余流量,简称残量),

           比如说上面第二个图中 V2 到 V4 残量为 14-11 = 3; V4 到 V2 残量为 0-(-11)= 11

算法基于事实:

           残量网络中任何一个从 s 到 t 的有向道路都对应一条原图中的增广路【PS:不理解这个名词也没事继续看】。

           只要求出该道路中所有残量的最小值 d,把对应的所有边上的流量增加 d 即可,这个过程称为增广。

 

  也就是说只要有从起点 s 到终点 t 的路上存在流量,那么找出最小的残余流量 d

           那么这个 d 肯定是满足这条路径的每一条边的,否则找不出这样的 d

           那么这条路径上的每一条边的流量增加 d ,总流量增加 d 就好了。

           然后继续找,直到找不到为止。

  

不难证明如果增广前的流量满足 3 个条件,那么增广之后任然满足。

显然只要残量网中存在增广路,流量就可以增大。

逆命题:如果残量网中不存在增广路,则当前流就是最大流,这就是著名的增广路定理。


问题:如何找路径? DFS ms 很慢,用 BFS

 

    queue<int> q;  
    memset(flow,0,sizeof(flow)); //初始化流量为 0  
    f = 0; // 初始化总流量为 0  
    for(;;) //BFS 找增广路  
    {  
        memset(a,0,sizeof(a)); // a[i]:从起点 s 到 i 的最小残量【每次for()时 a[] 重新清 0 因此同时可做标记数组 vis】  
        a[s] = INF; //起点残量无线大  
        q.push(s);  //起点入队  
        while(!q.empty()) // BFS 找增广路  
        {  
            int u = q.front(); //取队首  
            q.pop(); // 出队  
            for(int v = 1; v <= n; v++) if(!a[v] && cap[u][v] > flow[u][v]) //找新节点 v  
            {  
                p[v] = u; q.push(v); //记录 v 的父亲节点,并加入 FIFO 队列  
                a[v] = min(a[u], cap[u][v]-flow[u][v]); // s-v 路径上的最小残量【从而保证了最后,每条路都满足a[t]】  
            }  
        }  
      
        if(a[t] == 0) break; // 找不到,则当前流已经是最大流 【t为终点】  
      
        for(int u = t; u != s; u = p[u]) // 从汇点往回走  
        {  
            flow[p[u]][u] += a[t]; // 更新正向流  
            flow[u][p[u]] -= a[t]; // 更新反向流  
        }  
        f += a[t]; // 更新从 S 流出的总流量  
    }  

 

 推荐入门题目: 

hdu 3549 Flow Problem【最大流增广路入门模板题】


最大流模板

    const int MAXN=20010;//点数的最大值  
    const int MAXM=880010;//边数的最大值  
    const int INF=0x3f3f3f3f;  
      
    struct Node  
    {  
        int from,to,next;  
        int cap;  
    }edge[MAXM];  
    int tol;  
    int head[MAXN];  
    int dep[MAXN];  
    int gap[MAXN];//gap[x]=y :说明残留网络中dep[i]==x的个数为y  
      
    int n;//n是总的点的个数,包括源点和汇点  
      
    void init()  
    {  
        tol=0;  
        memset(head,-1,sizeof(head));  
    }  
      
    void addedge(int u,int v,int w)  
    {  
        edge[tol].from=u;  
        edge[tol].to=v;  
        edge[tol].cap=w;  
        edge[tol].next=head[u];  
        head[u]=tol++;  
        edge[tol].from=v;  
        edge[tol].to=u;  
        edge[tol].cap=0;  
        edge[tol].next=head[v];  
        head[v]=tol++;  
    }  
    void BFS(int start,int end)  
    {  
        memset(dep,-1,sizeof(dep));  
        memset(gap,0,sizeof(gap));  
        gap[0]=1;  
        int que[MAXN];  
        int front,rear;  
        front=rear=0;  
        dep[end]=0;  
        que[rear++]=end;  
        while(front!=rear)  
        {  
            int u=que[front++];  
            if(front==MAXN)front=0;  
            for(int i=head[u];i!=-1;i=edge[i].next)  
            {  
                int v=edge[i].to;  
                if(edge[i].cap!=0||dep[v]!=-1)continue;  
                que[rear++]=v;  
                if(rear==MAXN)rear=0;  
                dep[v]=dep[u]+1;  
                ++gap[dep[v]];  
            }  
        }  
    }  
    int SAP(int start,int end)  
    {  
        int res=0;  
        BFS(start,end);  
        int cur[MAXN];  
        int S[MAXN];  
        int top=0;  
        memcpy(cur,head,sizeof(head));  
        int u=start;  
        int i;  
        while(dep[start]<n)  
        {  
            if(u==end)  
            {  
                int temp=INF;  
                int inser;  
                for(i=0;i<top;i++)  
                   if(temp>edge[S[i]].cap)  
                   {  
                       temp=edge[S[i]].cap;  
                       inser=i;  
                   }  
                for(i=0;i<top;i++)  
                {  
                    edge[S[i]].cap-=temp;  
                    edge[S[i]^1].cap+=temp;  
                }  
                res+=temp;  
                top=inser;  
                u=edge[S[top]].from;  
            }  
            if(u!=end&&gap[dep[u]-1]==0)//出现断层,无增广路  
              break;  
            for(i=cur[u];i!=-1;i=edge[i].next)  
               if(edge[i].cap!=0&&dep[u]==dep[edge[i].to]+1)  
                 break;  
            if(i!=-1)  
            {  
                cur[u]=i;  
                S[top++]=i;  
                u=edge[i].to;  
            }  
            else  
            {  
                int min=n;  
                for(i=head[u];i!=-1;i=edge[i].next)  
                {  
                    if(edge[i].cap==0)continue;  
                    if(min>dep[edge[i].to])  
                    {  
                        min=dep[edge[i].to];  
                        cur[u]=i;  
                    }  
                }  
                --gap[dep[u]];  
                dep[u]=min+1;  
                ++gap[dep[u]];  
                if(u!=start)u=edge[S[--top]].from;  
            }  
        }  
        return res;  
    }  

 给边赋值时,养成习惯用加法,防止有重边!

    //****************************************************  
    //最大流模板  
    //初始化:g[][],start,end  
    //******************************************************  
    const int MAXN=110;  
    const int INF=0x3fffffff;  
    int g[MAXN][MAXN];//存边的容量,没有边的初始化为0  
    int path[MAXN],flow[MAXN],start,end;  
    int n;//点的个数,编号0-n.n包括了源点和汇点。  
      
    queue<int>q;  
    int bfs()  
    {  
        int i,t;  
        while(!q.empty())q.pop();//把清空队列  
        memset(path,-1,sizeof(path));//每次搜索前都把路径初始化成-1  
        path[start]=0;  
        flow[start]=INF;//源点可以有无穷的流流进  
        q.push(start);  
        while(!q.empty())  
        {  
            t=q.front();  
            q.pop();  
            if(t==end)break;  
            //枚举所有的点,如果点的编号起始点有变化可以改这里  
            for(i=0;i<=n;i++)  
            {  
                if(i!=start&&path[i]==-1&&g[t][i])  
                {  
                    flow[i]=flow[t]<g[t][i]?flow[t]:g[t][i];  
                    q.push(i);  
                    path[i]=t;  
                }  
            }  
        }  
        if(path[end]==-1)return -1;//即找不到汇点上去了。找不到增广路径了  
        return flow[end];  
    }  
    int Edmonds_Karp()  
    {  
        int max_flow=0;  
        int step,now,pre;  
        while((step=bfs())!=-1)  
        {  
            max_flow+=step;  
            now=end;  
            while(now!=start)  
            {  
                pre=path[now];  
                g[pre][now]-=step;  
                g[now][pre]+=step;  
                now=pre;  
            }  
        }  
        return max_flow;  
    }  

 

原文地址:https://www.cnblogs.com/yspworld/p/3919146.html