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标题: 网络流最大流问题,及相关代码 [打印本页]

作者: 2744557306    时间: 2023-12-20 11:59
标题: 网络流最大流问题,及相关代码
网络流最大流(Maximum Flow)是图论中的一个重要问题,通常用于模拟流体在网络中的传输过程。这个问题可以形式化为有向图中的一些节点(称为顶点)和连接这些节点的有向边(称为边),每条边上都有一个容量,表示流体在这条边上能够通过的最大流量。
, X' t  D, j3 [& _7 m0 R; u在网络流问题中,通常有两个特殊的节点,称为源点(source)和汇点(sink)。问题的目标是找到从源点到汇点的一条路径,使得路径上各边的流量之和最大。) q5 F# F1 \6 s& v5 y
典型的网络流问题可以通过使用 Ford-Fulkerson 算法等流算法来解决。算法的核心思想是在网络中找增广路径,即从源点到汇点的一条路径,沿途的边还有剩余容量,然后通过这条路径增加流量。这个过程一直进行,直到没有增广路径为止。- W; y  j5 l0 |8 X  m) B
以下是最大流问题的一些关键概念:
( W# V, R5 d* d4 G2 X# C# k
. r! ^; V/ @9 P6 N1.容量(Capacity): 每条边上都有一个容量值,表示该边上允许通过的最大流量。
' w$ w; |$ m/ L$ u, T" v  C2.流量(Flow): 在实际传输中通过每条边的流量。流量不能超过容量。. ]6 W7 ], G  i8 M
3.剩余容量(Residual Capacity): 指的是每条边上剩余的未被使用的容量。
1 F+ N+ d0 E' K7 [9 [  e  s4.剩余网络(Residual Network): 在每一步增广路径之后,都会产生一个剩余网络,其边的剩余容量被更新。& s9 h  k$ {4 |# z: F+ I
5.饱和边(Saturated Edge): 如果一条边的流量等于其容量,称该边为饱和边。
/ D8 t8 m6 D4 _; f9 K# R, v
8 ^; j) w! _3 t! h# P# ^典型的最大流应用包括网络设计、流量优化、运输问题等。然而,需要注意的是,Ford-Fulkerson 算法的复杂性可能随着实际应用的不同而不同,且对于一些情况可能需要进行改进(如 Edmonds-Karp 算法使用 BFS 寻找增广路径)。& T& A) Q  W& |& }% j5 Q6 n
总体来说,网络流最大流问题在图论和算法设计中有着广泛的应用,并且有很多相关的研究和改进算法。
8 x7 Q, s8 a% D, k
- U6 G+ ^6 c7 {; rMATLAB代码是一个实现 Ford-Fulkerson 标号算法求解网络流最大流问题的例子。
) k9 Z5 F, Z4 P, e+ ~
2 B  B7 x) s5 b1.图的表示:$ W+ R$ V4 }& m4 ?+ k
2.n=6;: 图中有6个顶点。3 a/ Z% C+ ~) z2 }9 s
3.C: 容量的邻接矩阵,表示边的容量。例如,C(i, j) 表示从顶点 i 到顶点 j 的边的容量。
$ b$ V1 g- h8 e5 z4.初始化:
' x" }, J+ y; f1 k! k" R5.f=zeros(n,n);: 流矩阵 F,初始时所有流量都为零。
% q' T) u& U. K6.Ford-Fulkerson 算法主循环:
* Q( F$ g9 g5 x+ F7.大循环:在每次迭代中,算法寻找一条增广路径并更新流矩阵。
: a9 v0 f7 l0 @8.标号过程:通过标号过程寻找增广路径。
2 N" N5 H5 n% ]$ }$ [5 ?0 x) y9.No: 用于记录顶点的标号,正值表示流入,负值表示流出,0表示未标号。- p) N0 D/ o5 ^. O3 x0 [1 M; _
10.d: 记录标号过程中的调整量。  u9 T" n7 P0 t+ W5 Z
11.调整过程:根据标号过程的结果,调整流矩阵。1 H7 r5 ^# d  R; a" @% H) F
12.输出结果:+ P4 H9 G$ |5 a* O7 p9 ]/ U
13.f: 显示最大流矩阵。
( N$ P+ |  @. A, Q9 M14.wf: 计算并显示最大流的总流量。
; a) h) m0 V( a15.No: 显示最小割。  P' m7 W2 ?. ~) }& m

; \2 w, L( q7 \6 n% W" g需要注意的是,这个算法的实现中,标号的过程使用了一个循环,循环中通过选择已标号的点 x,找到其未标号的邻接点 y,并根据容量和流量的关系进行标号。当 Vt 表上号时,即汇点被标号时,算法跳出标号循环。
+ G9 h0 p7 s3 g最后,算法通过调整流矩阵来更新流量,并在最大流矩阵中查找总流量。该算法在找到最大流之后跳出大循环,即当汇点无法被标号时结束。  Y1 O; U" }& R
算法的停止条件和调整过程是按照 Ford-Fulkerson 算法的思想实现的。
+ g$ U0 _, C- ~6 u% j0 I# h: Y; j& Y# Y4 I! h& {1 t8 m
7 m; u% P! }; R$ ]2 U
. E4 G2 I/ o! h3 m8 ~. [& `7 G3 |% I

Ford_Fulkerson.m

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