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下面的最小费用最大流算法采用的是“基于Floyd最短路算法的Ford和Fulkerson迭加算法”,其基本思路为:把各条弧上单位流量的费用看成某种长度,用Floyd求最短路的方法确定一条自V1至Vn的最短路;再将这条最短路作为可扩充路,用求解最大流问题的方法将其上的流量增至最大可能值;而这条最短路上的流量增加后,其上各条弧的单位流量的费用要重新确定,如此多次迭代,最终得到最小费用最大流。
C) a/ f+ u+ C4 J" j* d* p/ C) p1 d4 @+ F& l# z
function [f,MinCost,MaxFlow]=MinimumCostFlow(a,c,V,s,t), z( c) \# s3 Q9 H& M
%% 基于Floyd最短路算法的Ford和Fulkerson迭加算法
& A6 I! P( ^) C- C6 s+ i B1 A%% 输入参数列表
) T0 H- t/ y- Y8 r: U& ?- Q' t% a 单位流量的费用矩阵
- l5 |8 u2 V& _& {* [; n8 l% c 链路容量矩阵
* [* r& N: B3 K) t0 G# C7 [- q# ]% V 最大流的预设值,可为无穷大
/ @- R* a, q: W+ c& s2 u( l% s 源节点# h; [. m- Z. F
% t 目的节点
* }4 E* l1 w& U%% 输出参数列表3 S( O! o: L3 r; z* m
% f 链路流量矩阵
: C' p( b- }9 f% MinCost 最小费用
* ?5 k2 h% z! P9 [; c7 f* C& H% MaxFlow 最大流量1 g ^5 M( A" ^6 M6 q+ D# `
%% 第一步:初始化
0 F" f4 {4 Y, A$ UN=size(a,1);%节点数目
' H1 E# N% L6 A3 E6 Bf=zeros(N,N);%流量矩阵,初始时为零流& T) q+ `7 S$ g" j" P
MaxFlow=sum(f(s, );%最大流量,初始时也为零1 y. W* @/ S% v% d8 v
flag=zeros(N,N);%真实的前向边应该被记住
8 m& R* g, k9 l- T- H- `1 _5 pfor i=1:N
- d, n5 g; E/ W2 q O& X! `: Gfor j=1:N
4 O9 s8 h* Y# D. v- Iif i~=j&&c(i,j)~=0
2 G' n. m; C5 M9 k+ b' Fflag(i,j)=1;%前向边标记
9 `# S3 i* A' w* _1 Vflag(j,i)=-1;%反向边标记* ]. u9 q* @% W# H& @$ U; {
end1 c* w. Y) y" p* o2 `" ]
if a(i,j)==inf) H1 `4 H% `7 p# _" u% M7 w9 X
a(i,j)=BV;
* I) u' h: }6 [/ I) Sw(i,j)=BV;%为提高程序的稳健性,以一个有限大数取代无穷大
- C5 T# L! ^ M- yend, V! h& V4 `7 a5 g# ]7 Y
end
2 M1 `$ R+ x+ G5 l3 Q) ]% p! R- iend' r4 e0 d* H# h3 B/ `% K
if L(end) RE=1;%如果路径长度小于大数,说明路径存在
- z1 I1 Q$ ]! k9 \else9 G2 C( F: ?* L( ]- N. n
RE=0;
* E6 m. O+ Z! T# z+ ~5 ?* L5 @( S/ pend6 q* G9 W: \8 O3 w7 H( g4 l
%% 第二步:迭代过程4 F0 W2 i2 B# \
while RE==1&&MaxFlow<=V%停止条件为达到最大流的预设值或者没有从s到t的最短路
8 ?( _7 ^/ n! b' o9 A* |%以下为更新网络结构1 [" h }1 b) A7 k& p
MinCost1=sum(sum(f.*a));
3 n- r g% q g+ I0 PMaxFlow1=sum(f(s, );* f' d z& Y0 j
f1=f;
% T4 x: ]* S$ u8 ]0 S6 |TS=length(R)-1;%路径经过的跳数7 ^3 ?; c6 x3 u7 W3 g
LY=zeros(1,TS);%流量裕度 J d& [2 ^+ o8 m2 _
for i=1:TS8 t6 ]2 C: W- G5 E
LY(i)=c(R(i),R(i+1));0 `6 Z# d( c. w5 w+ L+ b
end+ |/ i/ d* p! X
maxLY=min(LY);%流量裕度的最小值,也即最大能够增加的流量
" |. m# x+ w! J% pfor i=1:TS
0 U/ C- B R) Q5 P$ Ou=R(i);
- z. b( @7 S' r& m9 ev=R(i+1);
7 g. _' b3 w% M& M# }- {/ G; ?4 [( {if flag(u,v)==1&&maxLY f(u,v)=f(u,v)+maxLY;%记录流量值8 \1 Y& U9 B/ e+ ]( W7 Q
w(u,v)=a(u,v);%更新权重值: ?; _4 w2 ^7 c2 F; e; {& P( a
c(v,u)=c(v,u)+maxLY;%反向链路的流量裕度更新' o) \; B3 Y7 O- L
elseif flag(u,v)==1&&maxLY==c(u,v)%当这条边为前向边且是饱和边时; O2 u5 d. t- ]5 u
w(u,v)=BV;%更新权重值1 w5 ~, g2 R( `- W! c4 |4 b) k
c(u,v)=c(u,v)-maxLY;%更新流量裕度值
! l' U6 u1 J& S% Z1 u, @w(v,u)=-a(u,v);%反向链路权重更新0 J4 m+ C7 @0 R4 A
elseif flag(u,v)==-1&&maxLY w(v,u)=a(v,u);
' S$ e! E3 }' ec(v,u)=c(v,u)+maxLY;
& Z& Z. e! d* Pw(u,v)=-a(v,u);+ T8 A/ _0 d: z+ D4 o) ]
elseif flag(u,v)==-1&&maxLY==c(u,v)%当这条边为反向边且是饱和边时& ~3 T J; L& Z( t% } {* W8 T
w(v,u)=a(v,u);+ T* |" d- [4 Q. {( L+ W
c(u,v)=c(u,v)-maxLY;
6 \2 K/ ^ Y% ?; C8 i4 A+ ?8 P2 Kw(u,v)=BV;
8 f$ z6 a& n2 W: k3 Q$ Pelse$ A: d& O: R* Z. \3 s
end. G$ H- y; n5 @7 a( M: d K
end
7 n3 Y, X0 z3 R8 rMaxFlow2=sum(f(s, );
) B7 m6 U2 _0 Y& c+ ZMinCost2=sum(sum(f.*a));
" ]$ A4 Z3 e" Dif MaxFlow2<=V$ M( b$ `+ y- s7 [
MaxFlow=MaxFlow2;
. Q* ]# w* x/ b1 @MinCost=MinCost2;* p1 a8 o+ w% Q- ]1 k
[L,R]=FLOYD(w,s,t);
& ]/ S& j1 Q$ }' qelse
6 [! b* V' m. [9 `* }; g5 `& qf=f1+prop*(f-f1);+ n F q5 M7 v, n6 P8 g9 R
MaxFlow=V;& b- d. V2 `/ _1 F& p; s
MinCost=MinCost1+prop*(MinCost2-MinCost1);
5 Y& _2 Q7 K1 W6 Freturn
* x. @! w6 V3 p# x: [2 Iend
0 O2 O/ U$ ?9 |3 dif L(end) RE=1;%如果路径长度小于大数,说明路径存在% w, J5 n. U b, H' x
else9 Y% C) ?. r* \& v
RE=0;# U( \6 ~- ~1 v, A- e# Z( l
end" x5 y3 y& |) D2 s
end. x+ X: e; l& o6 ~
function [L,R]=FLOYD(w,s,t)
. b. m( k# B% |n=size(w,1);
! P1 o- g7 c& f% i- t6 {1 s4 z, Y3 ZD=w;" V/ Y2 X' _ R# f2 J
path=zeros(n,n);
3 p/ p* C2 |" y3 E%以下是标准floyd算法 K* U3 d% W U, t
for i=1:n
1 P7 O5 E# E, ^9 o5 Q, Sfor j=1:n
& ?0 J% w* \1 b5 w- O0 N2 x! wif D(i,j)~=inf
1 \& Q1 V5 Y$ ~) f7 p$ Q9 m0 T* B; w dpath(i,j)=j;
: W) S- f" e; I7 cend
( P3 S! Q9 q/ c0 ?0 F9 @8 h/ _end3 J- h1 U7 r( }" f
end) l! b1 V$ f7 w2 y0 m
for k=1:n
- g, `* F) h# q+ t, o! rfor i=1:n
: c( p( h: T$ v, p5 ~" bfor j=1:n4 _8 ~7 p4 _! ?9 j0 {$ o9 G% `3 N
if D(i,k)+D(k,j) D(i,j)=D(i,k)+D(k,j);. V3 J B0 z, P+ M( j
path(i,j)=path(i,k); B" K# Y& `7 y( H
end" c# J; L7 q3 W
end
0 s! F/ @7 n1 l; o$ \end! ?7 M% D9 M! i3 a; `- f
end
9 c+ ?8 }* b7 F% A( wL=zeros(0,0);
- n0 P8 ^6 U: T" s% f' nR=s;
5 {' O* n5 b- o: x7 ]while 16 L* V* V/ g# c2 ^
if s==t8 b* g+ C$ M( [" `$ `
L=fliplr(L);
* t/ ~& f! J2 L1 M1 XL=[0,L];
, ^5 }1 _4 T. V1 p3 j. Q& hreturn
7 {! b6 U6 L3 h' w( j( {2 lend6 y) _$ I, a' _. U" _
L=[L,D(s,t)];/ c3 L' Q7 S: z) e W
R=[R,path(s,t)];
, }8 }7 Y( O; w# r4 z2 }s=path(s,t);
* N7 G7 T1 | K! ]end |
zan
|