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最大流与最小割

时间:2023-07-11 12:14:14浏览次数:30  
标签:head qu 最大 int ed ll 最小 ptop

最大流问题

给出起点、终点、边最大能传递的值,问从起点到终点最多能传多少

  • 阻塞流:不能再给终点增加值的流(最大流就是一种阻塞流)
  • 传统算法:新建一个剩余量的图,找路径、减去最小值、删路径,重复直到为阻塞流(不一定为最优解)

Ford-Fulkerson算法(复杂度O(fm),没什么用,过不了模板题)

相对于传统算法,它加入了一步建立反向边的步骤使得它可以"反悔"

1.找路径

2.减去最小值并建立反向的最小值边

3.重复

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll long long
ll ans = 0;
const int MAXN = 201,MAXM = 5e3 + 10;
struct edge{
	ll v,val,i;
	edge* nex;
}ed[MAXM*2];
int ptop;
edge* head[MAXN];
void add(int u,int v,ll val){
	ed[ptop].i = ptop;
	ed[ptop].v = v;
	ed[ptop].nex = head[u];
	ed[ptop].val = val;
	head[u] = &ed[ptop];
	ptop++;
	ed[ptop].v = u;
	ed[ptop].i = ptop;
	ed[ptop].nex = head[v];
	ed[ptop].val = 0;
	head[v] = &ed[ptop];
	ptop++;
}
int s,t;
int ask[MAXM*2],use[MAXN];
bool find(int u){
	if(u == t)
		return 1;
	edge* p = head[u];
	for(edge* p = head[u];p != NULL;p = p -> nex){
		int v = p -> v;
		if(use[v] || p -> val == 0)
			continue;
		else{
			use[v] = 1;
			ask[++ptop] = p -> i;
			if(find(v))	return 1;
			ptop--;
		}	
	}
	return 0;
}
bool bfs(){
	ptop = 0;
	memset(use,0,sizeof(use));
	use[s] = 1;
	if(!find(s))
		return 0;
	ll mi = (ll)1 << 50;
	for(int i = 1;i <= ptop;i++){
		mi = min(mi,ed[ask[i]].val);
	}
	for(int i = 1;i <= ptop;i++){
		ed[ask[i]].val -= mi;
		ed[ask[i]^1].val += mi;
	}
	ans += mi;
	return 1;
}
int main()
{
	int n,m;cin >> n >> m >> s >> t;
	for(int i = 1;i <= m;i++){
		ll u,v,val;cin >> u >> v >> val;
		add(u,v,val);
	}
	while(bfs());
	cout << ans;
}

Edmonds-Karp算法(用最短路找边,时间复杂度为O(\(m^2n\)))(SAP算法)

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll long long
ll ans = 0;
const int MAXN = 201,MAXM = 5e3 + 10;
struct edge{
	ll u,v,val,i;
	edge* nex;
}ed[MAXM*2];
int ptop = 2;
edge* head[MAXN];
void add(int u,int v,ll val){
	ed[ptop].i = ptop;
	ed[ptop].v = v;
	ed[ptop].u = u;
	ed[ptop].nex = head[u];
	ed[ptop].val = val;
	head[u] = &ed[ptop];
	ptop++;
	ed[ptop].v = u;
	ed[ptop].u = v;
	ed[ptop].i = ptop;
	ed[ptop].nex = head[v];
	ed[ptop].val = 0;
	head[v] = &ed[ptop];
	ptop++;
}
int s,t;
int pre[MAXN*2],use[MAXN];
bool find(){
	queue<int> qu;qu.push(s);
	while(!qu.empty()){
		int x = qu.front();
		qu.pop();
		for(edge* p = head[x];p != NULL;p = p -> nex){
			int v = p -> v;
			if(use[v] || p -> val == 0)
				continue;
			pre[v] = p -> i;
			use[v] = 1;
			if(v == t)
				return 1;
			qu.push(v);
		}
	}
	return 0;
}
bool bfs(){
	ptop = 0;
	memset(use,0,sizeof(use));
	use[s] = 1;
	if(!find())
		return 0;
	ll mi = (ll)1 << 50;
	for(int i = pre[t];i != 0;i = pre[ed[i].u]){
		mi = min(mi,ed[i].val);
	}
	for(int i = pre[t];i != 0;i = pre[ed[i].u]){
		ed[i].val -= mi;
		ed[i^1].val += mi;
	}
	ans += mi;
	return 1;
}
int main()
{
	int n,m;cin >> n >> m >> s >> t;
	for(int i = 1;i <= m;i++){
		ll u,v,val;cin >> u >> v >> val;
		add(u,v,val);
	}
	while(bfs());
	cout << ans;
}

Dinic算法

  • level-up图:就是分层图,起点开始,终点结束,中间分层
  • Edmonds-Karp算法每次只解决一条边,效率较低,Dinic算法通过level-up图算一个图的阻塞流,效率更高
  • BFS找level-up图思路:记录深度,最后看终点有没有被标记深度即可
  • DFS找阻塞流:每次只找深度加1的点,深入DFS并传递边的最小值,返回分配的流,让这条边减去返回值,继续找,直到找完或者没有流可以继续了
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define ll long long
#define inf 0x3f3f3f3f
const int MAXN = 201,MAXM = 5e3 + 10;
struct edge{
	int v;
	ll w;
	edge* nex;
	int i;
}ed[MAXM*2];
edge* head[MAXN];
int ptop = 0;
void add(int u,int v,ll w){
	ed[ptop].w = w;
	ed[ptop].v = v;
	ed[ptop].nex = head[u];
	head[u] = &ed[ptop];
	ed[ptop].i = ptop;
	ptop++;
	ed[ptop].w = 0;
	ed[ptop].v = u;
	ed[ptop].nex = head[v];
	head[v] = &ed[ptop];//构造反向边
	ed[ptop].i = ptop;
	ptop++;
}
int n,m,s,t;
int d[MAXN];//记录深度
bool bfs(){//构造levelup图
	queue<int> qu;
	memset(d,-1,sizeof(d));
	d[s] = 0;
	qu.push(s);//放入起点
	while(!qu.empty()){
		int u = qu.front();
		qu.pop();
		edge* p = head[u];
		while(p != NULL){
			int v = p -> v;
			if(p -> w && d[v] == -1){//存在且还没加入图
				d[v] = d[u] + 1;
				qu.push(v);
			}
			p = p -> nex;
		}
	}
	if(d[t] == -1)//到不了终点
		return 0;
	else
		return 1;
}
ll dfs(int u,ll flow){
	if(u == t)
		return flow;
	edge* p = head[u];
	ll use = 0;
	while(p != NULL){
		int v = p -> v;
		if(d[v] == d[u] + 1 && p -> w){
			ll tem = dfs(v,min(flow,p -> w));
			flow -= tem;
			ed[p -> i].w -= tem;
			ed[(p -> i) ^ 1].w += tem;
			use += tem;
			if(flow == 0)
				break;
		}
		p = p -> nex;
	}
	if(use == 0) d[u] = -1;
	return use;
}
ll dinic(){
	ll ans = 0;
	while(bfs()){
		ans += dfs(s,inf);
	}
	return ans;
}
int main()
{
	cin >> n >> m >> s >> t;
	for(int i = 1;i <= m;i++){
		int u,v,w;cin >> u >> v >> w;
		add(u,v,w);
	}
	cout << dinic();
}

ISAP算法

最小割等价于最大流问题

  • 因为所有流都要经过割,因此所有流都大于等于割,那么最大的流就等价于最小的割
  • 随便用一个最大流算法处理图,从起点出发将所有找到的点加入S集合,另外的为T集合,这样就找到最小割了(不唯一)

EK(SPFA版)费用流

  • 费用流:最大流中费用最小的

  • EK算法每次都找一条可行路径,那么只要一直找费用最小的可行路径即可

  • 每次都找一条费用最小的路径,反向边的费用是正向边的负权值

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N = 5e4 + 10,M = 5e5 + 10,INF = 0x7f7f7f7f;
int n,m,s,t,ans1,ans2;

struct edge{
	int v,flow,cost,i;
	edge* nex;
}ed[M];
int ptop = 0;
edge* head[N];
void add(int u,int v,int flow,int cost){
	ed[ptop].v = v;
	ed[ptop].flow = flow;
	ed[ptop].cost = cost;
	ed[ptop].i = ptop;
	ed[ptop].nex = head[u];
	head[u] = &ed[ptop];
	ptop++;
	ed[ptop].v = u;
	ed[ptop].flow = 0;
	ed[ptop].cost = -cost;//反向路径费用为负
	ed[ptop].i = ptop;
	ed[ptop].nex = head[v];
	head[v] = &ed[ptop];
	ptop++;
}

int pre[M],newcost[N],Flow[N];
bool vis[N];

inline bool spfa(){
	queue<int> qu;qu.push(s);vis[s] = 1;
	memset(Flow,0,sizeof(Flow));Flow[s] = INF;//起点流量无限
	memset(newcost,INF,sizeof(newcost));newcost[s] = 0;//起点费用为0
	memset(pre,0,sizeof(pre));
	while(!qu.empty()){
		int u = qu.front();
		qu.pop();
		vis[u] = 0;
		for(auto* p = head[u];p != NULL;p = p -> nex){
			int v = p -> v;
			if(p -> flow > 0 && newcost[v] > newcost[u] + p -> cost){//是否能更新这个点
				newcost[v] = newcost[u] + p -> cost;//更新点的费用
				Flow[v] = min(Flow[u],p -> flow);//更新流量
				pre[v] = p -> i;//记录这条边
				if(!vis[v]){vis[v] = 1,qu.push(v);}
			}
		}
	}
	return newcost[t] != INF;
}

void EK(){
	while(spfa()){
		ans1 += Flow[t],ans2 += newcost[t]*Flow[t];
		int u = t;
		while(u != s){
			int k = pre[u];
			ed[k].flow -= Flow[t];
			ed[k^1].flow += Flow[t];
			u = ed[k^1].v;
		}
	}
}

int main(){
	cin >> n >> m >> s >> t;
	for(int i = 1;i <= m;i++){
		int u,v,flow,cost;
		cin >> u >> v >> flow >> cost;
		add(u,v,flow,cost);
	}
	EK();
	cout << ans1 << ' ' << ans2 << endl;
}

标签:head,qu,最大,int,ed,ll,最小,ptop
From: https://www.cnblogs.com/xxcdsg/p/17544275.html

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