4网络最大流问题
- 格式:ppt
- 大小:733.00 KB
- 文档页数:23
最大流问题的求解方法及应用
最大流问题,是指在一个有向图中,从源点 s 到汇点 t 的最大
流量。
在实际应用中,最大流问题往往用于描述网络传输、油管输送等流量分配问题。
求解最大流问题的方法包括以下几种:
1. 网络流算法:这是一种基于图论和线性规划的算法。
通过构建网络流图,将最大流问题转化为最小割问题,再利用线性规划求解最小割问题的对偶问题来求解最大流问题。
2. 增广路算法:这是一种经典的最大流算法,其基本思想是不断找到增广路径,即从源点 s 到汇点 t 的一条路径,沿途边权
均有剩余容量,使得该路径上的边的剩余容量中的最小值最大化,最终得到最大流。
3. 矩阵树定理:这是一种基于图论和矩阵运算的算法,适用于有向图和无向图。
通过计算图的拉普拉斯矩阵的行列式等方法,求得图的生成树个数,从而计算最大流。
4. Dinic算法:是对增广路算法的改进。
在增广路算法中,每
次查找增广路径的过程需要遍历整个图,为了提高效率,
Dinic算法引入了分层图的概念,将图分层之后只在图的一层
中查找增广路径,最终求得最大流。
这些方法在实际应用中常常被用来解决路由选择、网络流量优化、模拟电路分析等问题。
例如,最大流可以被用来优化数据传输、流水线设计、流量管道的运营和管理,提高资源利用率和数据传输速度。
最大流问题解题步骤一、什么是最大流问题?最大流问题是指在一个有向图中,给定源点和汇点,每条边都有一个容量限制,求从源点到汇点的最大流量。
该问题可以用于网络传输、电力调度等实际应用中。
二、最大流问题的解法1. 增广路算法增广路算法是最基本的解决最大流问题的方法。
其基本思想是不断地寻找增广路,并将其上的流量加入到原来的流中,直到不存在增广路为止。
具体步骤如下:(1)初始化网络中各边上的流量均为0;(2)在残留网络中寻找增广路;(3)如果存在增广路,则将其上的最小剩余容量作为增量加入到原来的流中;(4)重复步骤2和步骤3,直到不存在增广路。
2. Dinic算法Dinic算法是一种改进型的增广路算法,其核心思想是通过层次分析和分层图来减少搜索次数,进而提高效率。
具体步骤如下:(1)构建分层图;(2)在分层图上进行BFS搜索寻找增广路径;(3)计算路径上可行流量并更新残留网络;(4)重复步骤2和步骤3,直到不存在增广路。
3. Ford-Fulkerson算法Ford-Fulkerson算法是一种基于增广路的算法,其核心思想是不断地寻找增广路,并将其上的流量加入到原来的流中,直到不存在增广路为止。
具体步骤如下:(1)初始化网络中各边上的流量均为0;(2)在残留网络中寻找增广路;(3)如果存在增广路,则将其上的最小剩余容量作为增量加入到原来的流中;(4)重复步骤2和步骤3,直到不存在增广路。
三、最大流问题解题步骤1. 确定源点和汇点首先需要确定问题中的源点和汇点,这是解决最大流问题的前提条件。
2. 构建残留网络在有向图中,每条边都有一个容量限制。
我们可以将这些边看作管道,容量看作管道的宽度。
在实际传输过程中,某些管道可能已经被占用了一部分宽度。
因此,在求解最大流问题时,需要构建一个残留网络来表示哪些管道还能够继续传输数据。
具体方法是:对于每条边(u,v),分别构造两条边(u,v)和(v,u),容量分别为c(u,v)-f(u,v)和f(u,v),其中c(u,v)表示边的容量,f(u,v)表示当前流量。
四类基本模型1 优化模型1.1 数学规划模型线性规划、整数线性规划、非线性规划、多目标规划、动态规划。
1.2 微分方程组模型阻滞增长模型、SARS 传播模型。
1.3 图论与网络优化问题最短路径问题、网络最大流问题、最小费用最大流问题、最小生成树问题(MST)、旅行商问题(TSP)、图的着色问题。
1.4 概率模型决策模型、随机存储模型、随机人口模型、报童问题、Markov 链模型。
1.5 组合优化经典问题● 多维背包问题(MKP)背包问题:n 个物品,对物品i ,体积为i w ,背包容量为W 。
如何将尽可能多的物品装入背包。
多维背包问题:n 个物品,对物品i ,价值为i p ,体积为i w ,背包容量为W 。
如何选取物品装入背包,是背包中物品的总价值最大。
多维背包问题在实际中的应用有:资源分配、货物装载和存储分配等问题。
该问题属于NP 难问题。
● 二维指派问题(QAP)工作指派问题:n 个工作可以由n 个工人分别完成。
工人i 完成工作j 的时间为ij d 。
如何安排使总工作时间最小。
二维指派问题(常以机器布局问题为例):n 台机器要布置在n 个地方,机器i 与k 之间的物流量为ik f ,位置j 与l 之间的距离为jl d ,如何布置使费用最小。
二维指派问题在实际中的应用有:校园建筑物的布局、医院科室的安排、成组技术中加工中心的组成问题等。
● 旅行商问题(TSP)旅行商问题:有n 个城市,城市i 与j 之间的距离为ij d ,找一条经过n 个城市的巡回(每个城市经过且只经过一次,最后回到出发点),使得总路程最小。
● 车辆路径问题(VRP)车辆路径问题(也称车辆计划):已知n 个客户的位置坐标和货物需求,在可供使用车辆数量及运载能力条件的约束下,每辆车都从起点出发,完成若干客户点的运送任务后再回到起点,要求以最少的车辆数、最小的车辆总行程完成货物的派送任务。
TSP 问题是VRP 问题的特例。
● 车间作业调度问题(JSP)车间调度问题:存在j 个工作和m 台机器,每个工作由一系列操作组成,操作的执行次序遵循严格的串行顺序,在特定的时间每个操作需要一台特定的机器完成,每台机器在同一时刻不能同时完成不同的工作,同一时刻同一工作的各个操作不能并发执行。