Алгоритм Эдмондса-Карпа: различия между версиями
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Ctrlalt (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Ctrlalt (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
__TOC__ | |||
== Код == | |||
class Graph { | class Graph { | ||
struct Edge { | struct Edge { | ||
Текущая версия от 17:45, 19 октября 2026
Код
class Graph {
struct Edge {
int a, b, capacity, flow = 0;
Edge(int a, int b, int capacity) :
a(a), b(b), capacity(capacity) {}
int other(int v) const {
return v == b ? a : b;
}
int capacityTo(int v) const {
return v == b ? capacity - flow : flow;
}
void addFlowTo(int v, int deltaFlow) {
flow += (v == b ? deltaFlow : -deltaFlow);
}
};
vector<Edge> edges;
vector<vector<int>> graph;
vector<int> visited, edgeTo;
bool hasPath(int start, int finish) {
visited.assign(graph.size(), 0);
edgeTo.assign(graph.size(), -1);
queue<int> q;
visited[start] = 1;
q.push(start);
while (!q.empty()) {
int v = q.front();
q.pop();
for (int edgeIndex : graph[v]) {
int to = edges[edgeIndex].other(v);
if (!visited[to] && edges[edgeIndex].capacityTo(to)) {
visited[to] = 1;
edgeTo[to] = edgeIndex;
q.push(to);
}
}
}
return visited[finish];
}
int getMinCapacity(int start, int finish) {
int minCapacity = 1e9;
for (int v = finish; v != start; v = edges[edgeTo[v]].other(v))
minCapacity = min(minCapacity, edges[edgeTo[v]].capacityTo(v));
return minCapacity;
}
void addFlow(int start, int finish, int deltaFlow) {
for (int v = finish; v != start; v = edges[edgeTo[v]].other(v))
edges[edgeTo[v]].addFlowTo(v, deltaFlow);
}
public:
Graph(int vertexCount) : graph(vertexCount) {}
void addEdge(int from, int to, int capacity) {
edges.push_back(Edge(from, to, capacity));
graph[from].push_back(edges.size() - 1);
graph[to].push_back(edges.size() - 1);
}
long long maxFlow(int start, int finish) {
long long flow = 0;
while (hasPath(start, finish)) {
int deltaFlow = getMinCapacity(start, finish);
addFlow(start, finish, deltaFlow);
flow += deltaFlow;
}
return flow;
}
};
Сложность
- Факт 1. Пусть в BFS мы бы считали расстояния до каждой вершины. Тогда при последовательных запусках BFS эти расстояния никогда не уменьшались бы.
- Пусть BFS нашёл путь start → a → b → c → d → finish. Сейчас dist[start] = 0, dist[a] = 1, dist[b] = 2, ... dist[finish] = 5.
- Утверждается, что и при следующих запусках BFS эти расстояния не смогут стать меньше. Когда мы добавим поток вдоль этого пути:
- По каким-то рёбрам станет невозможно ходить слева направо, это не может улучшить расстояния.
- По каким-то рёбрам станет можно ходить справа налево, но это тоже не может улучшить расстояния:
- Пусть стал доступен переход b ← c, следующий BFS прошёл по нему, и b — первая вершина на новом кратчайшем пути, до которой расстояние уменьшилось.
- Но oldDist[c] = oldDist[b] + 1, newDist[c] >= oldDist[c], newDist[b] = newDist[c] + 1. Тогда newDist[b] >= oldDist[b] + 2, расстояние до b не могло уменьшиться, противоречие.
- Расстояние до какой-то вершины могло стать меньше, только если до этой вершины существовал более короткий путь. Тогда BFS должен был найти именно его, противоречие.
- Факт 2. После каждой итерации хотя бы одно ребро насыщается потоком в ту или в другую сторону, при этом его остаточная пропускная способность становится равной нулю.
- Прежде чем это ребро станет можно использовать снова в том же направлении, поток должен пройти по нему в обратном направлении.
- Как было показано выше, при этом расстояние до его начала увеличится как минимум на 2 (newDist[b] >= oldDist[b] + 2).
- Факт 3. Расстояния, очевидно, не могут превышать (V - 1).
Получается, что каждое ребро может быть насыщено потоком не более (V - 1) раз (по (V - 1) / 2 раз в ту и в другую сторону). Разных рёбер E штук, следовательно, суммарное количество запусков BFS не может превосходить ((V - 1) × E). Один запуск стоит O(V + E).
Общая сложность, таким образом, составляет O(((V - 1) × E) × (V + E)) = O(V × E^2) в худшем случае.
Ссылки
Теория:
- algs4.cs.princeton.edu — 6.4 Maximum Flow
- e-maxx.ru — Алгоритм Эдмондса-Карпа нахождения максимального потока за O (NM^2)
- neerc.ifmo.ru/wiki — Алгоритм Эдмондса-Карпа
- Brilliant.org — Edmonds-Karp Algorithm
- codeforces.com — Worst-Case Graphs for Maximum Flow Algorithms
Демонстрация:
Код:
- CodeLibrary — Maximum flow. Edmonds-Karp algorithm in O(min(E^2 * V, E * FLOW))
- algs4.cs.princeton.edu/code — capacitated edge with flow, capacitated network, maxflow–mincut (несмотря на название, используется алгоритм Эдмондса-Карпа)
Задачи: