網路流-Dinic演算法詳解與模板
阿新 • • 發佈:2019-02-16
Dinic演算法詳解:
我們已經學過了求最大網路流的EK演算法,EK演算法的思想是每次用bfs找增廣路,然後利用記錄的路徑回退到原點的過程更新網路。
(1)Dinic演算法的思路是這樣的:每次都不停地用BFS來構造“層次圖”,然後用“阻塞流”來增廣。這裡我特別標出了兩個關鍵詞——層次圖,阻塞流。
概念:
層次:在殘留網路中,把源點到頂點u的最短路徑長度(僅僅是路徑上邊的數目,與容量無關),稱為頂點u的層次記為level(u)。源點的層次為0.(所以我們在給頂點分層時只需要一次bfs即可)。
層次網路:對殘留網路分層後,刪去比匯點層次高的頂點和與與匯點同層的頂點(保留匯點),並刪去這些頂點關聯的弧,再刪去從某層頂點指向同層和低層頂點的弧,所剩下的各弧的容量和殘留網路中的容量相同,這樣得到的網路是殘留網路的之網路
允許弧:根據層次網路的定義可知,層次網路中的任意弧< u,v > 都滿足level(v)=level(u)+1;這種弧稱為允許弧。
所以在實現的時候,我們不需要真正的建立層次網路,只需要對頂點標記層次,增廣的時候滿足level(v)=level(u)+1這一條件即可
什麼是阻塞流呢?其實就是不考慮反向弧時的“極大流”。設容量網路的一個可行流f,當該網路的層次網路中不在存在曾廣路時,稱該可行流為層次網路的阻塞流。(即當前層次網路所有曾廣路總共可增加的流量。)
Dinic演算法在進行DFS曾廣的時候,會一次性走完當前層次網路的所有的曾廣路,有些曾廣路有共同的弧,所以在下面程式碼中有:if(!a) break;//當a!=0,說明當前節點還存在另一個曾廣路分支。的判斷。
在下面程式碼中,由於我們是連續存的正向邊和反向邊,如0和1,2和3,等等。而他們分別與1異或後可以得到對方(二進位制最後一位變反,其他位不變),所以我們在更新反向邊時用到了這一點。
模板程式碼:
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<string>
#include<sstream>
#include<set>
#include<vector>
#include<stack>
#include<map>
#include<queue>
#include<deque>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cmath>
#include<ctime>
#include<functional>
using namespace std;
#define N 1000
#define INF 100000000
struct Edge
{
int from,to,cap,flow;
Edge(int u,int v,int c,int f):from(u),to(v),cap(c),flow(f){}
};
struct Dinic
{
int n,m,s,t;//結點數,邊數(包括反向弧),源點編號,匯點編號
vector<Edge>edges;//邊表,dges[e]和dges[e^1]互為反向弧
vector<int>G[N];//鄰接表,G[i][j]表示結點i的第j條邊在e陣列中的編號
bool vis[N]; //BFS的使用
int d[N]; //從起點到i的距離
int cur[N]; //當前弧下標
void addedge(int from,int to,int cap)
{
edges.push_back(Edge(from,to,cap,0));
edges.push_back(Edge(to,from,0,0));
int m=edges.size();
G[from].push_back(m-2);
G[to].push_back(m-1);
}
bool bfs()
{
memset(vis,0,sizeof(vis));
queue<int>Q;
Q.push(s);
d[s]=0;
vis[s]=1;
while(!Q.empty())
{
int x=Q.front();Q.pop();
for(int i=0;i<G[x].size();i++)
{
Edge&e=edges[G[x][i]];
if(!vis[e.to]&&e.cap>e.flow)//只考慮殘量網路中的弧
{
vis[e.to]=1;
d[e.to]=d[x]+1;
Q.push(e.to);
}
}
}
return vis[t];
}
int dfs(int x,int a)//x表示當前結點,a表示目前為止的最小殘量
{
if(x==t||a==0)return a;//a等於0時及時退出,此時相當於斷路了
int flow=0,f;
for(int&i=cur[x];i<G[x].size();i++)//從上次考慮的弧開始,注意要使用引用,同時修改cur[x]
{
Edge&e=edges[G[x][i]];//e是一條邊
if(d[x]+1==d[e.to]&&(f=dfs(e.to,min(a,e.cap-e.flow)))>0)
{
e.flow+=f;
edges[G[x][i]^1].flow-=f;
flow+=f;
a-=f;
if(!a)break;//a等於0及時退出,當a!=0,說明當前節點還存在另一個曾廣路分支。
}
}
return flow;
}
int Maxflow(int s,int t)//主過程
{
this->s=s,this->t=t;
int flow=0;
while(bfs())//不停地用bfs構造分層網路,然後用dfs沿著阻塞流增廣
{
memset(cur,0,sizeof(cur));
flow+=dfs(s,INF);
}
return flow;
}
};