第十一章图与网络分析2.ppt
《第十一章图与网络分析2.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第十一章图与网络分析2.ppt(110页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第十一章 图与网络分析,Graph theory and network analysis,第十一章 图与网络分析,11.1 引言11.2 图与网络的基本概念11.3 最短路问题11.4 最小生成树问题11.5 最大流问题,11.5 最大流问题,最大流问题是一类应用极为广泛的问题,例如交通运输网络中有人流、车流、物流,供水网络中有水流;金融系统中有现金流;通讯系统中有信息流。50年代福特(Ford)和富克逊(Fulkerson)建立的“网络流理论”,是网络应用的重要组成部分。,11.5 最大流问题,11.5 最大流问题,11.5 最大流问题,什么是最大流问题?,11.5 最大流问题,什么是最大
2、流问题?,假设图为输油网络,Vs为起点,Vt为终点,V2,V3,V4,V5为中转站,边上的数表示该管道的最大输油能力,问该如何安排各管道输油量能使从Vs到Vt的总运输量最大?管道网络中的每边的最大通过能力即容量是有限的,实际流量也并不一定等于容量,上述问题就是讨论如何充分利用装置的能力。,11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,定义:设有向连通图 G=(V,E),G 的每条边(vi,vj)上有非负数 cij 称为边的容量,仅有一个入次为0的点 vs 称为发点(源),一个出次为0的点 vt 称为收点(汇),其余点为中间点,这样的网络G称为容量网络,常记做G=(V,E,C).,11.5 最大流问
3、题,最大流问题有关概念,11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,V5,定义:对任一 G 中的边(vi,vj)有流量 fij,称集合f=fij 为网络G上的一个流;称满足下列条件的流f 为可行流:(1)容量限制条件:对 G 中每条边(vi,vj),有 0 fij cij(2)平衡条件:对中间点vi,有 fij fki(即从中间点vi的物资输入量与输出量相等)对收发点 vs,vt 有 fsj fti=W(W为网络的总流量)(即从vs点出发的物资总量等于vt点输入的物资总量),11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,可行流总是存在的,例如 f=0 就是一个流量为0 的可行流。最大流问题 在容量网
4、络中,寻找流量最大的可行流。饱和与不饱和 一个流 f=fij,当fijcij,则称流 f 对边(vi,vj)是饱和的,否则称f 对边(vi,vj)不饱和。,11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,最大流问题实际是个线性规划问题,但利用它与图的紧密关系,能更为直观简便地求解。,定义:对任一 G 中的边(vi,vj)有流量 fij,称集合f=fij 为网络G 上的一个流;称满足下列条件的流 f 为可行流:(1)容量限制条件:对 G 中每条边(vi,vj),有 0 fij cij(2)平衡条件:对中间点vi,有 fij fki(即从中间点vi的物资输入量与
5、输出量相等)对收发点 vs,vt 有 fsj fti=W(W为网络的总流量)(即从vs点出发的物资总量等于vt点输入的物资总量),11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,V7,约束条件:(1)容量限制条件:fij cij(i=1,2,3,4,5,6,j=2,3,4,5,6,7)0 fij(i=1,2,3,4,5,6,j=2,3,4,5,6,7),V5,定义:对任一 G 中的边(vi,vj)有流量 fij,称集合f=fij 为网络G 上的一个流;称满足下列条件的流f 为可行流:(1)容量限制条件:对 G 中每条边(vi,vj),有 0 fij cij(2)平衡条件:对中间点vi,有 fij f
6、ki(即从中间点vi的物资输入量与输出量相等)对收发点 vs,vt 有 fsj fti=W(W为网络的总流量)(即从vs点出发的物资总量等于vt点输入的物资总量),11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2),V5,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2),V5,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2),V5,V7,6,3,5,2,2,2,4,1,2,6,3,V1,V2,V4,V3,V6,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2),V5,V7,6,3,5,2,2,2,4,1,2
7、,6,3,V1,V2,V4,V3,V6,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3),V5,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3),V5,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4),V5,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4),V5,V7,6,3,5,2,2,2,4,1,2,6,3,V1,V
8、2,V4,V3,V6,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4),f25 f35=f57(V5),V5,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4),V5,f25 f35=f57(V5),V7,6,3,5,2,2,2,4,1,2,6,3,V1,V2,V4,V3,V6,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4),V5,f25
9、f35=f57(V5)f36 f46=f67(V6),定义:对任一 G 中的边(vi,vj)有流量 fij,称集合f=fij 为网络G 上的一个流;称满足下列条件的流f 为可行流:(1)容量限制条件:对 G 中每条边(vi,vj),有 0 fij cij(2)平衡条件:对中间点vi,有 fij fki(即从中间点vi的物资输入量与输出量相等)对收发点 vs,vt 有 fsj fti=W(W为网络的总流量)(即从vs点出发的物资总量等于vt点输入的物资总量),11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,V7,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V
10、3)f14=f43 f46 f47(V4),V5,f25 f35=f57(V5)f36 f46=f67(V6),V7,6,3,5,2,2,2,4,1,2,6,3,V1,V2,V4,V3,V6,约束条件:(2)平衡条件:f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4),V5,f25 f35=f57(V5)f36 f46=f67(V6)f47 f57 f67=f12 f14(W),11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,目标函数 max f12 f14 约束条件 fij cij(i=1,2,3,4,5,6,j=2,3,4,5,6,7)0
11、fij(i=1,2,3,4,5,6,j=2,3,4,5,6,7)f12=f23 f25(V2)f23 f43=f34 f35(V3)f14=f43 f46 f47(V4)f25 f35=f57(V5)f36 f46=f67(V6)f47 f57 f67=f12 f14(W),11.5 最大流问题,最大流的标号算法设已有一个可行流 f,标号的方法可分为两步 第一步是标号过程,通过标号来寻找可增广链;第二步是调整过程,沿可增广链调整 f 以增加流量。,11.5 最大流问题,可增广链:容量网路G,若u为网络中从Vs(发点)到Vt(收点)的一条链,给u定向为从Vs到Vt,u上的边凡与u同向称为向前边,
12、凡于u反向的称为向后边,其集合分别用u+和u-表示,f 是一个可行流,如果满足 0 fij cij(vi,vj)u+0 fij cij(vi,vj)u-则称u为从Vs到Vt的(关于f的)可增广链。,11.5 最大流问题,图为一个网络及初始可行流,每条边上的有序数表示(cij,fij),求最大流。,(3,0),11.5 最大流问题,图为一个网络及初始可行流,每条边上的有序数表示(cij,fij),求最大流。,(3,0),定义:对任一 G 中的边(vi,vj)有流量 fij,称集合f=fij 为网络G 上的一个流;称满足下列条件的流f 为可行流:(1)容量限制条件:对 G 中每条边(vi,vj),
13、有 0 fij cij(2)平衡条件:对中间点vi,有 fij fki(即从中间点vi的物资输入量与输出量相等)对收发点 vs,vt 有 fsj fti=W(W为网络的总流量)(即从vs点出发的物资总量等于vt点输入的物资总量),11.5 最大流问题,最大流问题有关概念,11.5 最大流问题,图为一个网络及初始可行流,每条边上的有序数表示(cij,fij),求最大流。,(3,0),11.5 最大流问题,可增广链:容量网路G,若u为网络中从Vs(发点)到Vt(收点)的一条链,给u定向为从Vs到Vt,u上的边凡与u同向称为前向边,凡于u反向的称为后向边,其集合分别用u+和u-表示,f 是一个可行流
14、,如果满足 0 fij cij(vi,vj)u+(前向边不饱和)0 fij cij(vi,vj)u-(后向边不为零)则称u为从Vs到Vt的(关于f的)可增广链。,11.5 最大流问题,Vt,(5,5),Vs,V1,V3,V6,V2,V5,V4,(5,2),(3,3),(4,2),(3,3),(5,4),(2,2),(2,2),(3,2),(4,2),图为一个网络及初始可行流,每条边上的有序数表示(cij,fij),求最大流。,(3,0),Vt,(5,5),Vs,V1,V3,V6,V2,V5,V4,(5,2),(3,3),(4,2),(3,3),(5,4),(2,2),(2,2),(3,2),(
15、4,2),(3,0),若u为网络中从Vs(发点)到Vt(收点)的一条链,0 fij cij(vi,vj)u+(前向边不饱和)0 fij cij(vi,vj)u-(后向边不为零)则称u为从Vs到Vt的(关于f的)可增广链。,Vt,(5,5),Vs,V1,V3,V6,V2,V5,V4,(5,2),(3,3),(4,2),(3,3),(5,4),(2,2),(2,2),(3,2),(4,2),(3,0),若u为网络中从Vs(发点)到Vt(收点)的一条链,0 fij cij(vi,vj)u+(向前边不饱和)0 fij cij(vi,vj)u-(向后边不为零)则称u为从Vs到Vt的(关于f的)可增广链。
16、,Vt,(5,5),Vs,V1,V3,V6,V2,V5,V4,(5,2),(3,3),(4,2),(3,3),(5,4),(2,2),(2,2),(3,2),(4,2),(3,0),若u为网络中从Vs(发点)到Vt(收点)的一条链,0 fij cij(vi,vj)u+(向前边不饱和)0 fij cij(vi,vj)u-(向后边不为零)则称u为从Vs到Vt的(关于f的)可增广链。,可增广链的实际意义是:沿着这条链从Vs(发点)到Vt输送的流,还有潜力可挖,可以经过调整,将流量提高,调整后的流,在各点仍然满足平衡条件及容量限制,11.5 最大流问题,最大流的标号算法设已有一个可行流 f,标号的方法
17、可分为两步 第一步是标号过程,通过标号来寻找可增广链;第二步是调整过程,沿可增广链调整 f 以增加流量。,11.5 最大流问题,最大流的标号算法1.标号过程(1)给发点以标号(,+)(2)选择边一个已标号的顶点Vi,对于Vi的所有未给标号的相邻点Vj 按下列规则处理:a)若边(vj,vi)E,且fji 0 则令 j=min(fji,i)并给vj标号(-vi,j)反向非零弧 b)若边(vi,vj)E,且fij cij 则令 j=min(cij-fij,i)并给vj标号(+vi,j)正向非饱和弧重复(2)直到收点Vt 被标号或不再有顶点可标号为止。,11.5 最大流问题,最大流的标号算法 如若Vt
18、得到标号,说明存在一条可增广链,进行调整,反之计算结束。2.调整过程(1)若(vi,vj)是可增广链上的前向边,则f ij=fij+t 若(vi,vj)是可增广链上的后向边,则f ij=fij-t 若(vi,vj)不在可增广链上,则f ij=fij(2)去掉所有标号,回到第1步,11.5 最大流问题,11.5 最大流问题,最大流的标号算法1.标号过程(1)给发点以标号(,+)(2)选择边一个已标号的顶点Vi,对于Vi的所有未给标号的相邻点Vj 按下列规则处理:a)若边(vj,vi)E,且fji 0 则令 j=min(fji,i)并给vj标号(-vi,j)b)若边(vi,vj)E,且fij ci
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第十一 网络分析

链接地址:https://www.31ppt.com/p-4722134.html