有上下界的有多组源汇的网络流费用流问题

Posted Der Barde, Nietzsche

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了有上下界的有多组源汇的网络流费用流问题相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

先默认读者有基础的网络流以及费用流的知识前置                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

1.有上下界无源点汇点的可行流问题:

在本文中指:

原图中没有任何一个点可以凭空产生流量,亦没有任何一个点可以凭空消灭流量;

存在边既有流量上界又有流量下界;

求每条边流量的一组可行解;

满足每个点的入流量等于出流量;

由题意可见本题的图中有环,于是此类问题也被称作循环流;

这里给出的解法是将本题转换为一道普通的有上界最大流问题;

修改本题原图中每条边的流量下界为0,上界为原上界-原下界;

视为该边现在已经拥有了等同于该边流量下界的基础流量了,

然而,由于每条边在原图中的流量下界不同,导致他们现在的基础流量不同;

于是如果再让现在图中每个点出入相等,则表面相等,实则不同;

考虑当现在图中一条边i将x的流量汇入点a,实则汇入x+low[i]的流量(low[i]为i的下界),于是应当有额外一条low[i]的边连入a

考虑当现在图中一条边i将x的流量运出点a,实则运出x+low[i]的流量(low[i]为i的下界),于是应当有额外一条low[i]的边自a连出

由于这些额外的流量在现在图中看来是凭空产生的,所以所有连入原图的边应当自一个额外的源点出发,设为S`

同理,所有连出原图的边应当去往一个额外的汇点,设为T`

然后,跑S`到T`的最大流,希望他可以是附加的边可以满流;

若附加边可以满流,则跑出了一组可行流,原图中每条边的可行流是他在现在图中对应边的流量加流量下界

若不满流,则说明无论如何,原图中总会有边达不到下界,于是原图不存在可行流;

注意:存在优化——即可以把所有同起点同终点的边等效为一条流量为加和的边,从S`到a的边的流量可以1:1抵消掉从a到T`的流量

2.有上下界无源点汇点的最小费用流问题:

在本文中指:

在上个问题中的图上加权的费用流问题;

这里给出的解法是直接在上题重构的图中,给每条边符合他来历的权值即可;

由于一定附加边满流才有解,于是可以把附加边贡献的费用视为0上后单独算出加到答案中去;

3.有上下界多个有限源汇点的可行流问题:

在本文中指:

在第一个问题的基础上,有些点必须消灭一定的流量,有些点必须产生一定的流量;

对某些必须产生一定流量x的点,从S`连一条上限为x的附加边;

对某些必须消灭一定流量x的点,向T`连一条上限为x的附加边;

跑最大流,期望附加边满流;

4.问题3的最小费用流版本:

在问题3上附上费用,直接跑费用流即可

5.有上下界一组无限流量源汇点的可行流问题:

在本文中指:

存在边既有流量上界又有流量下界;

存在一个源点S可以随意产生流量,存在一个汇点T可以随便消灭流量

求每条边流量的一组可行解;

满足源汇点之外的每个点入流量等于出流量;

可以看出S的流出等于T的流入;

于是建一条从T到S的流量无限的边,本题的图就属于问题1了;

有趣的是,边T->S的流量可以视作原图中S到T的总流量(因为连上此边后,S,T各自的出入相等)

6.问题5的最小费用流版本:

在问题5上附上费用,直接跑费用流即可

7.问题5的最大流版本:

先跑出问题5的一组可行流;

然而这组可行流并不一定是最大流;

发现一个性质,当我们采用增光路算法求解最大流时,并不会修改源点到汇点路径之外的边的流量大小;

这意味着当我们第一次跑出问题5的一组可行解之后(跑这组可行解,即跑从S`到T`的最大流),

在现在的图上直接跑S到T的最大流,

就能保证

1不会影响被视作原图中边流量下界的边的流量情况——他们依然是满流的;

2图上连的T->S的边的退流过程,等价于有一条S->T的边在增广,于是他把第一次可行流的答案加入第二次跑出的最大流中;

也就是说,这时跑出来的最大流可以被认为是满足上下界前提下的最大流;

8.问题7的最小费用流版本:

在问题7上附上费用,直接跑费用流即可

 

题目:

bzojP2502

有上下界多个无限源点的费用流问题,好像保证了合法

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 1 #include<cstdio>
 2 #include<cstring>
 3 #include<algorithm>
 4 using namespace std;
 5 const int INF=0x3f3f3f3f;
 6 int n,S,T,ansf,answ;
 7 struct ss{
 8     int next,to,f,v,cp;
 9 }e[30010];
10 int first[210],num;
11 int in[210];
12 int que[100010],dis[210],vis[210],flow[210],pre[210],way[210];
13 void bui_(int ,int ,int ,int );
14 void build(int ,int ,int ,int );
15 bool spfa();
16 void EK();
17 int main()
18 {
19     int i,j,k,l,o;
20     scanf("%d",&n);
21     S=n+1,T=S+1;
22     for(i=1;i<=n;i++)
23         bui_(S,i,INF,1);
24     for(i=1;i<=n;i++){
25         scanf("%d",&k),o=0;
26         for(j=1;j<=k;j++){
27             scanf("%d",&l);
28             bui_(i,l,INF,0);
29             in[l]++;o++;
30         }
31         bui_(i,T,o,0);
32     }
33     for(i=1;i<=n;i++)
34         bui_(S,i,in[i],0);
35     while(spfa())
36         EK();
37     printf("%d\n",ansf);
38     return 0;
39 }
40 void bui_(int f,int t,int fi,int vi){
41     build(f,t,fi,vi),e[num].cp=num+1;
42     build(t,f,0,-vi),e[num].cp=num-1;
43 }
44 void build(int f,int t,int fi,int vi){
45     e[++num].next=first[f];
46     e[num].to=t,e[num].f=fi,e[num].v=vi;
47     first[f]=num;
48 }
49 bool spfa(){
50     int i,h=0,t=1;
51     for(i=1;i<=T;i++)vis[i]=0,dis[i]=0x3f3f3f3f;
52     dis[S]=0,flow[S]=INF,que[t]=S;
53     while(h<t){
54         vis[que[++h]]=0;
55         for(i=first[que[h]];i;i=e[i].next)
56             if(e[i].f&&dis[e[i].to]>dis[que[h]]+e[i].v){
57                 dis[e[i].to]=dis[que[h]]+e[i].v;
58                 pre[e[i].to]=que[h],way[e[i].to]=i;
59                 flow[e[i].to]=min(e[i].f,flow[que[h]]);
60                 if(!vis[e[i].to]){
61                     que[++t]=e[i].to;
62                     vis[que[t]]=1;
63                 }
64             }
65     }
66     return dis[T]!=0x3f3f3f3f;
67 }
68 void EK(){
69     int i;
70     ansf+=(flow[T]*dis[T]);
71     for(i=T;i;i=pre[i])
72         if(way[i])
73             e[way[i]].f-=flow[T],e[e[way[i]].cp].f+=flow[T];
74 }
Code1

bzojP3876

同上,

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 1 #include<cstdio>
 2 #include<cstring>
 3 #include<algorithm>
 4 using namespace std;
 5 const int INF=1000000000;
 6 int n,S,T,ansf;
 7 struct ss{
 8     int to,next,f,v,cp;
 9 }e[26010];
10 int first[1000],num;
11 int in[1010];
12 int que[1000010],vis[1010],dis[1010],pre[1010],flow[1010],way[1010];
13 void bui_(int ,int ,int ,int );
14 void build(int ,int ,int ,int );
15 bool spfa();
16 void EK();
17 int main()
18 {
19     int i,j,k,b,t,su;
20     scanf("%d",&n);
21     S=n+1,T=S+1;
22     bui_(S,1,INF,0);
23     for(i=1;i<=n;i++){
24         scanf("%d",&k);
25         for(j=1;j<=k;j++){
26             scanf("%d%d",&b,&t);
27             bui_(i,b,INF,t);
28             bui_(i,T,1,t);
29             in[b]++,su+=t;
30         }
31     }
32     for(i=1;i<=n;i++)
33         if(in[i])
34             bui_(S,i,in[i],0);
35     bui_(S,1,INF,0);
36     while(spfa())
37         EK();
38     printf("%d\n",ansf);
39 }
40 void bui_(int f,int t,int fi,int vi){
41     build(f,t,fi,vi),e[num].cp=num+1;
42     build(t,f,0,-vi),e[num].cp=num-1;
43 }
44 void build(int f,int t,int fi,int vi){
45     e[++num].next=first[f];
46     e[num].to=t,e[num].f=fi,e[num].v=vi;
47     first[f]=num;
48 }
49 bool spfa(){
50     int i,h=0,t=1;
51     memset(vis,0,sizeof(vis));
52     memset(dis,0x3f,sizeof(dis));
53     dis[S]=0,flow[S]=INF,que[t]=S;
54     while(h<t){
55         vis[que[++h]]=0;
56         for(i=first[que[h]];i;i=e[i].next)
57             if(e[i].f&&dis[e[i].to]>dis[que[h]]+e[i].v){
58                 dis[e[i].to]=dis[que[h]]+e[i].v;
59                 pre[e[i].to]=que[h],way[e[i].to]=i;
60                 flow[e[i].to]=min(e[i].f,flow[que[h]]);
61                 if(!vis[e[i].to]){
62                     que[++t]=e[i].to;
63                     vis[que[t]]=1;
64                 }
65             }
66     }
67     return dis[T]!=0x3f3f3f3f;
68 }
69 void EK(){
70     int i;
71     ansf+=(flow[T]*dis[T]);
72     for(i=T;i;i=pre[i])
73         if(way[i])
74             e[way[i]].f-=flow[T],e[e[way[i]].cp].f+=flow[T];
75 }
Code2

bzojP2055

有上下界一个有上限源点的费用流问题,注意拆点限制流量

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 1 #include<cstdio>
 2 #include<cstring>
 3 #include<algorithm>
 4 using namespace std;
 5 const int INF=0x3f3f3f3f;
 6 int n,m,S,T,ansf,answ;
 7 struct ss{
 8     int next,to,f,v,cp;
 9 }e[30010];
10 int first[210],num;
11 int que[100010],dis[210],vis[210],flow[210],pre[210],way[210];
12 void bui_(int ,int ,int ,int );
13 void build(int ,int ,int ,int );
14 bool spfa();
15 void EK();
16 int main()
17 {
18     int i,j,k;
19     scanf("%d%d",&n,&m);
20     S=(n<<1)+2,T=S+1;
21     bui_(S,S-1,m,0);
22     for(i=1;i<=n;i++){
23         scanf("%d",&j);
24         bui_(i,T,j,0),bui_(S,i+n,j,0);
25         bui_(S-1,i,INF,0);
26     }
27     for(i=1;i<n;i++)
28         for(j=1;j<=n-i;j++){
29             scanf("%d",&k);
30             if(k!=-1)
31                 bui_(i+n,i+j,INF,k);
32         }
33     while(spfa())
34         EK();
35     printf("%d\n",ansf);
36     return 0;
37 }
38 void bui_(int f,int t,int fi,int vi){
39     build(f,t,fi,vi),e[num].cp=num+1;
40     build(t,f,0,-vi),e[num].cp=num-1;
41 }
42 void build(int f,int t,int fi,int vi){
43     e[++num].next=first[f];
44     e[num].to=t,e[num].f=fi,e[num].v=vi;
45     first[f]=num;
46 }
47 bool spfa(){
48     int i,h=0,t=1;
49     for(i=1;i<=T;i++)vis[i]=0,dis[i]=0x3f3f3f3f;
50     dis[S]=0,flow[S]=INF,que[t]=S;
51     while(h<t){
52         vis[que[++h]]=0;
53         for(i=first[que[h]];i;i=e[i].next)
54             if(e[i].f&&dis[e[i].to]>dis[que[h]]+e[i].v){
55                 dis[e[i].to]=dis[que[h]]+e[i].v;
56                 pre[e[i].to]=que[h],way[e[i].to]=i;
57                 flow[e[i].to]=min(e[i].f,flow[que[h]]);
58                 if(!vis[e[i].to]){
59                     que[++t]=e[i].to;
60                     vis[que[t]]=1;
61                 }
62             }
63     }
64     return dis[T]!=0x3f3f3f3f;
65 }
66 void EK(){
67     int i;
68     ansf+=(flow[T]*dis[T]);
69     for(i=T;i;i=pre[i])
70         if(way[i])
71             e[way[i]].f-=flow[T],e[e[way[i]].cp].f+=flow[T];
72 }
Code3

bzojP3698

有上下界一组源汇点的最大流问题;

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  1 #include<cstdio>
  2 #include<cstring>
  3 using namespace std;
  4 const int INF=0x3f3f3f3f;
  5 int n,S,T;
  6 int in[210],out[210];
  7 struct ss{
  8     int next,to,f,cp;
  9 }e[100010];
 10 int first[210],num;
 11 int que[1000010],dep[210],cut[210];
 12 void bui_(int ,int ,int );
 13 void build(int ,int ,int );
 14 bool bfs();
 15 int dfs(int ,int );
 16 int main()
 17 {
 18     int i,j,k,add,ans=0;
 19     double inpu;
 20     scanf("%d",&n);
 21     S=(n<<1)+1,T=S+1;
 22     for(i=1;i<=n;i++)
 23         for(j=1;j<=n;j++){
 24             scanf("%lf",&inpu);
 25             if(i==n&&j==n)continue;
 26             if(i==n){
 27                 if(inpu>(int(inpu)))
 28                     bui_(j+n-1,T-2,1);
 29                 in[T-2]+=int(inpu),out[j+n-1]+=int(inpu);
 30                 continue;
 31             }
 32             if(j==n){
 33                 if(inpu>(int(inpu)))
 34                     bui_(S-2,i,1);
 35                 in[i]+=int(inpu),out[S-2]+=int(inpu);
 36                 continue;
 37             }
 38             if(inpu>(int(inpu)))
 39                 bui_(i,j+n-1,1);
 40             in[j+n-1]+=int(inpu),out[i]+=int(inpu);
 41         }
 42     bui_(T-2,S-2,INF);
 43     for(i=1;i<=T;i++){
 44         if(in[i]>out[i])bui_(S,i,in[i]-out[i]);
 45         if(out[i]>in[i])bui_(i,T,out[i]-in[i]),ans+=out[i]-in[i];
 46     }
 47     while(bfs())
 48         while(add=dfs(S,INF))
 49             ans-=add;
 50     if(ans){
 51         printf("No\n");
 52         return 0;
 53     }
 54     S-=2,T-=2;
 55     while(bfs())
 56         while(add=dfs(S,INF))
 57             ans+=add;
 58     printf("%d\n",ans*3);
 59     return 0;
 60 }
 61 void bui_(int f,int t,int fi){
 62     build(f,t,fi),e[num].cp=num+1;
 63     build(t,f,0),e[num].cp=num-1;
 64 }
 65 void build(int f,int t,int fi){
 66     e[++num].next=first[f];
 67     e[num].to=t,e[num].f=fi;
 68     first[f]=num;
 69 }
 70 bool bfs(){
 71     int i,h=0,t=1;
 72     memset(dep,0,sizeof(dep));
 73     for(i=1;i<=T;i++)cut[i]=first[i];
 74     que[t]=S,dep[S]=1;
 75     while(h<t){
 76         h++;
 77         for(i=first[que[h]];i;i=e[i].next)
 78             if(e[i].f&&!dep[e[i].to]){
 79                 que[++t]=e[i].to;
 80                 dep[que[t]]=dep[que[h]]+1;
 81             }
 82     }
 83     return dep[T];
 84 }
 85 int dfs(int now,int flow){
 86     int i,ret=0;
 87     if(now==T)
 88         return flow;
 89     for(i=cut[now];i;i=e[i].next)
 90         if(e[i].f&&dep[e[i].to]==dep[now]+1){
 91             ret=dfs(e[i].to,flow<e[i].f?flow:e[i].f);
 92             if(ret){
 93                 e[i].f-=ret;
 94                 e[e[i].cp].f+=ret;
 95                 cut[now]=i;
 96                 return ret;
 97             }
 98         }
 99     cut[now]=0;
100     return 0;
101 }
Code3

吐槽一句:

bzoj什么也跑不过,luogu点数26w边数150w都跑得过

 

以上是关于有上下界的有多组源汇的网络流费用流问题的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

有上下界的网络流3-有源汇带上下界最小流SGU176

网络流常见建图套路总结(重制版)

POJ 2396 Budget (有源汇有上下界最大流)

loj #116. 有源汇有上下界最大流

loj #117. 有源汇有上下界最小流

HDU 3157 Crazy Circuits (有源汇上下界最小流)