运筹学第四节最大流问题精品文稿.ppt
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1、运筹学课件第四节最大流问题第1页,本讲稿共28页 引言引言 在在许许多多实实际际的的网网络络系系统统中中都都存存在在着着流流量量和和最最大大流流问问题题。例例如如铁铁路路运运输输系系统统中中的的车车辆辆流流,城城市市给给排排水水系系统统的的水水流流问问题题等等等等。而而网网络络系系统统流流最最大大流流问问题题是是图图与与网网络络流流理理论论中中十十分分重重要要的的最最优优化化问问题题,它它对对于于解解决决生生产产实实际际问问题题起起着着十十分重要的作用。分重要的作用。第2页,本讲稿共28页 图图图图是是是是联联联联结结结结某某某某个个个个起起起起始始始始地地地地v vs s和和和和目目目目的的
2、的的地地地地v vt t的的的的交交交交通通通通运运运运输输输输网网网网,每每每每一一一一条条条条弧弧弧弧v vi i 旁旁旁旁边边边边的的的的权权权权c cij ij表表表表示示示示这这这这段段段段运运运运输输输输线线线线的的的的最最最最大大大大通通通通过过过过能能能能力力力力,货货货货物物物物从从从从v vs s运运运运送送送送到到到到v vt t.要要要要求求求求指指指指定定定定一一一一个个个个运运运运输输输输方方方方案案案案,使使使使得得得得从从从从v vs s到到到到v vt t的的的的货货货货运运运运量量量量最最最最大大大大,这这这这个问题就是寻求网络系统的最大流问题个问题就是寻求
3、网络系统的最大流问题个问题就是寻求网络系统的最大流问题个问题就是寻求网络系统的最大流问题。一、最大流有关概念一、最大流有关概念连通网络连通网络连通网络连通网络 G G(V,EV,E)有有有有 m m 个节点个节点个节点个节点,n n条弧条弧条弧条弧,弧弧弧弧 e eij ij 上的流量上的流量上的流量上的流量上界为上界为上界为上界为 c cij ij,求从起始节点求从起始节点求从起始节点求从起始节点 v vs s到终点到终点到终点到终点 v vt t 的最大流量。的最大流量。的最大流量。的最大流量。vtv3v2v1v4vs1735108611453Cij第3页,本讲稿共28页 定定定定义义义义
4、20202020 设设设设一一一一个个个个赋赋赋赋权权权权有有有有向向向向图图图图G G=(V,EV,E),对对对对于于于于G G中中中中的的的的每每每每一一一一个个个个边边边边(弧弧弧弧)(v vi i,v,vj j)E E,都都都都有有有有一一一一个个个个非非非非负负负负数数数数c c c cijijijij叫叫叫叫做做做做边边边边的的的的容容容容量量量量。在在在在VV中中中中一一一一个个个个入入入入次次次次为为为为零零零零的的的的点点点点称称称称为为为为发发发发点点点点v vs s,一一一一个个个个出出出出次次次次为为为为零零零零的的的的点点点点称称称称为为为为收收收收点点点点v vt
5、t,其其其其它它它它的的的的点点点点叫叫叫叫做做做做中中中中间间间间点点点点。我我我我们们们们把把把把这这这这样样样样的的的的图图图图G G叫叫叫叫做做做做一一一一个个个个容量容量容量容量网络,网络,网络,网络,记做记做记做记做G G=(V V,E E,C C)。)。)。)。网网网网络络络络GG上上上上的的的的流流流流,是是是是指指指指定定定定义义义义在在在在边边边边(v(v(v(vi i ,v,v,v,vj j)上上上上有有有有流流流流量量量量f f f fij ij,称称称称集合集合集合集合f=ff=ff=ff=fij ij 为网络为网络为网络为网络G G G G上的一个流,上的一个流,上
6、的一个流,上的一个流,f f f f为可行流。为可行流。为可行流。为可行流。第4页,本讲稿共28页网络上的一个流网络上的一个流网络上的一个流网络上的一个流f f 叫做可行流,如果叫做可行流,如果叫做可行流,如果叫做可行流,如果f f 满足以下条件:满足以下条件:满足以下条件:满足以下条件:(1 1 1 1)容容容容量量量量条条条条件件件件:对对对对于于于于每每每每一一一一个个个个弧弧弧弧(v vi i ,v,vj j)E E,有有有有 0 0 f fij ij c cij ij .(2 2 2 2)平衡条件:)平衡条件:)平衡条件:)平衡条件:对于发点对于发点vs,收点收点vt有有对于中间点,
7、有对于中间点,有第5页,本讲稿共28页 任意一个网络上的可行流总是存在的。例如零流任意一个网络上的可行流总是存在的。例如零流任意一个网络上的可行流总是存在的。例如零流任意一个网络上的可行流总是存在的。例如零流w w(f f)=0)=0,就是满足以上条件的可行流。就是满足以上条件的可行流。就是满足以上条件的可行流。就是满足以上条件的可行流。网络系统中最大流问题就是在给定的网络上寻求一个可网络系统中最大流问题就是在给定的网络上寻求一个可网络系统中最大流问题就是在给定的网络上寻求一个可网络系统中最大流问题就是在给定的网络上寻求一个可行流行流行流行流f f f f,其流量其流量其流量其流量w w w
8、w(f f f f)达到最大值。达到最大值。达到最大值。达到最大值。设流设流设流设流f f=f fij ij 是网络是网络是网络是网络G G上的一个可行流。我们把上的一个可行流。我们把上的一个可行流。我们把上的一个可行流。我们把GG中中中中f fij ij=c cij ij的弧叫做饱和弧,的弧叫做饱和弧,的弧叫做饱和弧,的弧叫做饱和弧,f fij ij 00的弧的弧的弧的弧为非零流弧,为非零流弧,为非零流弧,为非零流弧,f fij ij=0=0的弧叫做零流弧的弧叫做零流弧的弧叫做零流弧的弧叫做零流弧 .最大流问题实际是个线性规划问题。最大流问题实际是个线性规划问题。最大流问题实际是个线性规划问
9、题。最大流问题实际是个线性规划问题。其中发点的总流量(或收点的总流量)其中发点的总流量(或收点的总流量)其中发点的总流量(或收点的总流量)其中发点的总流量(或收点的总流量)w w 叫做这个可行流的总流量。叫做这个可行流的总流量。叫做这个可行流的总流量。叫做这个可行流的总流量。第6页,本讲稿共28页v3v2v1v4vs(2)(3)(2)(5)(3)(3)(6)(1)(1)(2)fijvt网络上的一个流(运输方案),每一个弧上的流量网络上的一个流(运输方案),每一个弧上的流量网络上的一个流(运输方案),每一个弧上的流量网络上的一个流(运输方案),每一个弧上的流量fijfij就是运输就是运输就是运输
10、就是运输量。例如量。例如量。例如量。例如f fs1s1=5,=5,f fs2s2=3,=3,f f1313=2=2等等。等等。等等。等等。第7页,本讲稿共28页定义定义定义定义21212121 设一个网络设一个网络设一个网络设一个网络G G=(V V,E E,C C),v vs s、v vt t为发为发为发为发和和和和收点,边集收点,边集收点,边集收点,边集 为为为为E E的的的的子子子子集集集集,将将将将GG分分分分成成成成2 2个个个个子子子子图图图图GG1 1,G,G2 2;其其其其顶顶顶顶点点点点集集集集合合合合分分分分别别别别为为为为:,发点发点发点发点v vs sS,S,收点收点收
11、点收点v vt t/S/S,满足满足满足满足1.1.1.1.G G=(V V,E-E-)不连通;)不连通;)不连通;)不连通;2.2.为为为为的真子集,而的真子集,而的真子集,而的真子集,而G G=(V V,E-E-)连通;)连通;)连通;)连通;那么那么那么那么 为为为为G G G G的割集,记为的割集,记为的割集,记为的割集,记为 =(S,)=(S,)=(S,)=(S,)。割割割割集集集集 (S,(S,(S,(S,)所所所所有有有有始始始始点点点点在在在在S S S S,终终终终点点点点在在在在 的的的的容容容容量量量量之之之之和和和和,称称称称为为为为(S,(S,(S,(S,)的的的的割
12、集容量,记为割集容量,记为割集容量,记为割集容量,记为C(S,)C(S,)C(S,)C(S,)。第8页,本讲稿共28页vtvsv1v2v3v442443322231边集边集(vs,v1),(vs,v3),(vs,v4)边集边集(vs,v1),(v1,v3),(v2,v3),(v3,vt)为图的割集,割集容量分别为为图的割集,割集容量分别为11,9第9页,本讲稿共28页二、最大流二、最大流二、最大流二、最大流-最小割定理最小割定理最小割定理最小割定理定理定理定理定理1010:设设设设f f为网络为网络为网络为网络G G=(V V,E E,C C)的任一个可行流,流量)的任一个可行流,流量)的任一
13、个可行流,流量)的任一个可行流,流量为为为为W,W,(S,)(S,)(S,)(S,)是分离是分离是分离是分离v vssv vt t的任一个割集,则有的任一个割集,则有的任一个割集,则有的任一个割集,则有WW C(S,).C(S,).C(S,).C(S,).定理定理定理定理1111:最大流最大流最大流最大流-最小割定理最小割定理最小割定理最小割定理:任一个网络任一个网络任一个网络任一个网络G G=(V V,E E,C C),从从从从v vs s到到到到v vt t的最大流的流量等于的最大流的流量等于的最大流的流量等于的最大流的流量等于分离分离分离分离v vssv vt t的最小割的容量。的最小割
14、的容量。的最小割的容量。的最小割的容量。定定定定义义义义22222222:设设设设 是是是是网网网网络络络络G G中中中中连连连连接接接接发发发发点点点点 s s和和和和收收收收点点点点v vt t的的的的一一一一条条条条链链链链。定定定定义义义义链链链链的的的的方方方方向向向向是是是是从从从从 s s到到到到 v vt t ,于于于于是是是是链链链链 上上上上的的的的边边边边被被被被分分分分为为为为两两两两类类类类:一一一一类类类类是是是是边边边边的的的的方方方方向向向向与与与与链链链链的的的的方方方方向向向向相相相相同同同同,叫叫叫叫做做做做前前前前向向向向边边边边,前前前前向向向向边边边
15、边的的的的集集集集合合合合记记记记做做做做+。二二二二类类类类是是是是边边边边的的的的方方方方向向向向与与与与链链链链的的的的方方方方向向向向相相相相反反反反,叫叫叫叫做做做做后后后后向向向向边边边边,后后向向边边边边的的集集合合记记做做。第10页,本讲稿共28页 如果链如果链如果链如果链 满足以下条件:满足以下条件:满足以下条件:满足以下条件:1 1 1 1在边在边在边在边(v vi i,v,vj j)+上,有上,有上,有上,有0 0 f fij ij c cij ij。2 2 2 2在边在边在边在边(v vi i,v,vj j)上,有上,有上,有上,有00f fij ij c cij ij
16、,。则称则称则称则称 为为为为从从从从 s s到到到到 v vt t可增广链。可增广链。可增广链。可增广链。在在在在链链链链(v vs s,v,v1 1,v,v2 2,v,v3 3,v,v4 4,v,vt t)中中中中,+=(v vs s,v,v11),(v v1 1,v,v2 2),(),(v v2 2,v,v3 3),(),(v v4 4,v,vt t),),=(=(v v4 4 ,v,v3 3).).vtvsv1v2v3v442443322231第11页,本讲稿共28页定理定理定理定理11111111提供了一个寻求网络系统最大流的方法。如果网络提供了一个寻求网络系统最大流的方法。如果网络
17、提供了一个寻求网络系统最大流的方法。如果网络提供了一个寻求网络系统最大流的方法。如果网络G G中有一个可行流中有一个可行流中有一个可行流中有一个可行流 f f,只要判断网络是否存在关于可行流,只要判断网络是否存在关于可行流,只要判断网络是否存在关于可行流,只要判断网络是否存在关于可行流 f f 的增广链的增广链的增广链的增广链 。如果没有增广链,那么。如果没有增广链,那么。如果没有增广链,那么。如果没有增广链,那么f f一定是最大流。如有增一定是最大流。如有增一定是最大流。如有增一定是最大流。如有增广链,那么可以按照定理中必要性,不断改进和增大可行广链,那么可以按照定理中必要性,不断改进和增大
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