在 C++ 中查找流网络中的最小 s-t 割


假设我们有以下流网络。众所周知,s-t 割是指将源节点 s 和汇点 t 分到不同子集中所需的割,并且它包含从源集到汇点侧的边。此处,s-t 割的容量由割集中每条边的容量之和表示。在这里,我们必须找到给定网络的最小容量 s-t 割。此处,预期输出是最小割的所有边。

因此,如果输入类似于

则输出将为 [(1,3), (4,3), (4,5)]

为了解决这个问题,我们将遵循以下步骤:

  • 节点数 NODES = 6

  • 定义一个函数 bfs(),它将接收图、源节点 src、汇点 sink 和数组 par 作为参数。

  • 定义一个大小为 NODES 的数组 vis,并将其全部填充为 0。

  • 定义一个队列 que。

  • 将源节点 src 插入队列 que 中。

  • 将 vis[src] 设置为 true,并将 par[src] 设置为 -1。

  • 当 (队列 que 不为空) 时,执行以下操作:

    • u1 := 队列 que 的第一个元素。

    • 从队列 que 中删除该元素。

    • 初始化 v1 := 0,当 v1 < NODES 时,更新 (将 v1 增加 1),执行以下操作:

      • 如果 vis[v1] 为假且 graph[u1, v1] > 0,则执行以下操作:

        • 将 v1 插入队列 que 中。

        • par[v1] := u1。

        • vis[v1] := true。

  • 当 vis[sink] 为真时,返回 true。

  • 定义一个函数 dfs(),它将接收图、源节点 src 和数组 vis 作为参数。

  • vis[src] := true。

  • 初始化 i := 0,当 i < NODES 时,更新 (将 i 增加 1),执行以下操作:

    • 如果 graph[src, i] 不为零且 vis[i] 为假,则执行以下操作:

      • dfs(graph, i, vis)。

  • 从主方法中,执行以下操作:

  • 定义一个数组 temp_graph 并将 graph 复制到其中。

  • 定义一个大小为 NODES 的数组 par。

  • 当 bfs(temp_graph, src, sink, par) 为真时,执行以下操作:

    • path_flow := 无穷大。

    • 初始化 v := sink,当 v 不等于 src 时,更新 v:=par[v],执行以下操作:

      • u := par[v]。

      • path_flow := path_flow 和 temp_graph[u, v] 中的最小值。

    • 初始化 v := sink,当 v 不等于 src 时,更新 v:=par[v],执行以下操作:

      • u := par[v]。

      • temp_graph[u, v] := temp_graph[u, v] - path_flow。

      • temp_graph[v, u] := temp_graph[v, u] + path_flow。

  • 定义一个大小为 NODES 的数组 vis,并将其全部填充为 false。

  • dfs(temp_graph, src, vis)。

  • 初始化 i := 0,当 i − NODES 时,更新 (将 i 增加 1),执行以下操作:

  • 初始化 j := 0,当 j − NODES 时,更新 (将 j 增加 1),执行以下操作:

    • 如果 vis[i] 不为零且 vis[j] 为假且 graph[i, j] 不为零,则执行以下操作:

      • 显示 (i, j) 作为边。

    • 返回。

示例 (C++)

让我们看看以下实现以更好地理解:

 在线演示

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define NODES 6
int bfs(int graph[NODES][NODES], int src, int sink, int par[]) {
   bool vis[NODES];
   memset(vis, 0, sizeof(vis));
   queue <int> que;
   que.push(src);
   vis[src] = true;
   par[src] = -1;
   while (!que.empty()) {
      int u1 = que.front();
      que.pop();
      for (int v1=0; v1<NODES; v1++){
         if (vis[v1]==false && graph[u1][v1] > 0) {
            que.push(v1);
            par[v1] = u1;
            vis[v1] = true;
         }
      }
   }
   return (vis[sink] == true);
}
void dfs(int graph[NODES][NODES], int src, bool vis[]) {
   vis[src] = true;
   for (int i = 0; i < NODES; i++)
   if (graph[src][i] && !vis[i])
   dfs(graph, i, vis);
}
void minCut(int graph[NODES][NODES], int src, int sink) {
   int u, v;
   int temp_graph[NODES][NODES];
   for (u = 0; u < NODES; u++)
      for (v = 0; v < NODES; v++)
         temp_graph[u][v] = graph[u][v];
   int par[NODES];
   while (bfs(temp_graph, src, sink, par)){
      int path_flow = INT_MAX;
      for (v=sink; v!=src; v=par[v]) {
         u = par[v];
         path_flow = min(path_flow, temp_graph[u][v]);
      }
      for (v=sink; v != src; v=par[v]) {
         u = par[v];
         temp_graph[u][v] -= path_flow;
         temp_graph[v][u] += path_flow;
      }
   }
   bool vis[NODES];
   memset(vis, false, sizeof(vis));
   dfs(temp_graph, src, vis);
   for (int i = 0; i < NODES; i++)
      for (int j = 0; j < NODES; j++)
         if (vis[i] && !vis[j] && graph[i][j])
            cout << "("<< i << ", " << j << ")" << endl;
   return;
}
int main() {
   int graph1[NODES][NODES] = {
      {0, 17, 14, 0, 0, 0},
      {0, 0, 11, 13, 0, 0},
      {0, 5, 0, 0, 15, 0},
      {0, 0, 9, 0, 0, 21},
      {0, 0, 0, 8, 0, 5},
      {0, 0, 0, 0, 0, 0}
   };
   minCut(graph1, 0, 5);
}

输入

{{0, 17, 14, 0, 0, 0},
{0, 0, 11, 13, 0, 0},
{0, 5, 0, 0, 15, 0},
{0, 0, 9, 0, 0, 21
{0, 0, 0, 8, 0, 5},
{0, 0, 0, 0, 0, 0}};

输出

(1, 3)
(4, 3)
(4, 5)

更新于: 2020-08-25

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