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1 问题描述
何为最大流量问题?
给定一个有向图,并为每一个顶点设定编号为0~n,现在求取从顶点0(PS:也可以称为源点)到顶点n(PS:也可以称为汇点)后,顶点n能够接收的最大流量。图中每条边的权值为该边的容量,从顶点0到顶点n的某一条路径中最大流量不能超过该路径中任何一条边剩下的容量。
2 解决方案
上述对于最大流量问题的描述是楼主自己个人描述,描述的有点粗暴简略>~<。
求取最大流量问题的的核心要理解三个概念:
(1)残留网络
(2)增广路径
(3)流网络的割
具体概念讲解,请见文末参考资料1。
下图是对于最大流量问题实现的一个图,该图共有7条有向边,从顶点1到顶点6的最大流量为3。
具体代码如下:
package com.liuzhen.practice; import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner; public class Main {
public static int maxV = Integer.MAX_VALUE;
public static int[][] capacity = new int[6][6]; //用于统计给定图前向边和后向边剩余流量
public static int[] flow = new int[6]; //用于统计从源点到图中任意一点i的最大可增加的流量
public static int[] pre = new int[6]; //用于记录当前到达顶点的前驱顶点 public int bfs(int[][] graph) { //使用BFS遍历,寻找给定图的增广路径
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
list.add(0); //源点为顶点0
for(int i = 0;i < 6;i++) {
pre[i] = -1; //初始化所有顶点的前驱顶点为-1
}
pre[0] = 0; //源点的前驱顶点设定为自己
flow[0] = maxV; //源点的前驱顶点到源点的增加流量设定为无穷大
while(!list.isEmpty()) {
int index = list.get(0);
list.remove(0);
if(index == 5)
break;
for(int i = 0;i < graph.length;i++) {
if(capacity[index][i] > 0 && pre[i] == -1) {//当顶点i未被访问且到达顶点i有剩余流量时
pre[i] = index; //顶点i的前驱顶点为index
flow[i] = Math.min(flow[index], capacity[index][i]);
list.add(i);
}
}
}
if(pre[5] != -1)
return flow[5];
return -1;
} public void getResult(int[][] graph) {
int result = 0;
int temp = bfs(graph);
while(temp != -1) {
result = result + temp;
int start = pre[5];
int end = 5;
while(start != 0) {
capacity[start][end] -= temp; //前向边剩余流量减少temp
capacity[end][start] += temp; //后向边剩余流量增加temp
end = start;
start = pre[end];
}
capacity[0][end] -= temp;
capacity[end][0] += temp;
temp = bfs(graph);
}
System.out.println("给定图的最大流量为:"+result);
return;
} public static void main(String[] args) {
Main test = new Main();
int[][] graph = new int[6][6];
Scanner in = new Scanner(System.in);
int num = in.nextInt(); // 给定图的边数目
for(int i = 0;i < num;i++) {
int a = in.nextInt();
int b = in.nextInt();
int value = in.nextInt();
graph[a - 1][b - 1] = value;
capacity[a - 1][b - 1] = value;//前向边起始剩余流量为边的容量,后向边起始剩余流量为0
}
test.getResult(graph);
}
}
运行结果:
7
1 2 2
1 3 4
2 5 3
2 3 5
4 3 1
5 6 4
3 2 6
给定图的最大流量为:3
参考资料:
1. 图的匹配问题与最大流问题(二)——最大流问题Ford-Fulkerson方法
3.《算法设计与分析基础》第3版 Anany Levitin 著 潘彦 译