• 最大流算法-最高标号预流推进(HLPP)


    昨天我们学习了ISAP算法,它属于增广路算法的大类。今天学习的算法是预流推进算法中很高效的一类——最高标号预流推进(HLPP)。

    预流推进

    预流推进是一种很直观的网络流算法。如果给到一个网络流让你手算,一般的想法是从源点开始流,遇到不够的就减掉,一直往前推到汇点。这就是预流推进算法的基本思想。

    每个节点是一个储水池,最开始源点有无限多的水。用一个队列维护需要处理的点。最开始把源点加进去,对于每一个当前点,我们把将这个点水池中有的流量沿着边(水管)推到相邻的点,然后把相邻的点加入队列中。

    算法思想如此,但其中有一个问题:这样做有可能出现两个点一个推过来一个推回去,结果就死循环了。这时候我们给每个点引入一个高度来解决这个问题。

    源点的高度为(n),汇点的高度为(0),其他点初始高度为0,我们规定,水往下一层流,即我们只推(h[x]=h[v]+1)的边((x,v))

    如果一个点还有水,但是却无法推出去,即周围的点都比他高,那么我们就抬高这个点,因为(h)值是连续的,所以每次出现这种情况我们就给它加一。如果这个点根本就流不出去,那么最后它会被抬高到(n+1)的高度,回流给源点。

    最高标号

    Tarjan和Goldberg在1986年提出了最高标号预留推进算法,即把普通队列换成优先队列,每次取出高度最高的那个来推进。Cheriyan和Maheshwari在1988年证明了这样做的复杂度为(O(n^2sqrt m))

    优化

    喜闻乐见的gap优化,但和ISAP的形式不太一样。如果我们发现在给一个点抬高1的高度的时候,这个点原来的高度已经没有点了,那么我们直接把大于这个高度的点全部设为高度(n+1),让他们回流到源点去,因为根据算法,他们无法再有机会把水推到汇点(为什么不能有下面一个点抬上来形成路径呢?因为一个点的高度是所有相邻点高度最小值加一,所以不可能出现这种情况)。

    代码

    依然是poj1273模版题,然而poj今天好像挂了。hdu1532是同一题。

    实测中ISAP跑得快,我估计是因为ISAP的复杂度上界非常松,而HLPP的上界是很紧的,导致ISAP随机下跑得超级快。

    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<cctype>
    #include<vector>
    #include<queue>
    #include<algorithm>
    using namespace std;
    int read() {
    	int x=0,f=1;
    	char c=getchar();
    	for (;!isdigit(c);c=getchar()) if (c=='-') f=-1;
    	for (;isdigit(c);c=getchar()) x=x*10+c-'0';
    	return x*f;
    }
    const int maxn=1e3+10;
    const int maxm=1e6+10;
    const int inf=2147483646;
    vector<int> inv[maxn];
    struct edge {
    	int v,w,nxt;
    } e[maxm<<1];
    int h[maxn],tot,d[maxn],n,m,prs[maxn],gap[maxn];
    bool able[maxn];
    void add(int u,int v,int w) {
    	e[++tot]=(edge){v,w,h[u]};
    	h[u]=tot;
    	e[++tot]=(edge){u,0,h[v]};
    	h[v]=tot;
    }
    struct cmp {
    	int x,h;
    	cmp (int x=0,int h=0):x(x),h(h) {}
    	inline bool operator < (const cmp &a) const {return h<a.h;}
    };
    priority_queue<cmp> pq;
    bool push(int x,int y,int p) {
    	int w=min(prs[x],e[p].w);
    	e[p].w-=w,e[p^1].w+=w,prs[x]-=w,prs[y]+=w;
    	return w;
    }
    void Gap(int l,int s,int t) {
    	for (int i=1;i<=n;++i) if (i!=s && i!=t && l<d[i] && d[i]<=n) d[i]=n+1;
    }
    int maxflow(int s,int t) {
    	while (!pq.empty()) pq.pop();
    	memset(prs,0,sizeof prs),memset(d,0,sizeof d),memset(gap,0,sizeof gap);
    	d[s]=n,prs[s]=inf,pq.push(cmp(s,d[s]));
    	while (!pq.empty()) {
    		int x=pq.top().x;
    		pq.pop();
    		if (!prs[x]) continue;
    		for (int i=h[x],v=e[i].v;i;i=e[i].nxt,v=e[i].v)	if ((x==s || d[x]==d[v]+1) && push(x,v,i) && v!=t && v!=s) pq.push(cmp(v,d[v]));
    		if (x!=s && x!=t && prs[x]) {
    			if (!(--gap[d[x]])) Gap(d[x],s,t);
    			++gap[++d[x]];
    			pq.push(cmp(x,d[x]));
    		}
    	}
    	return prs[t];
    }
    int main() {
    #ifndef ONLINE_JUDGE
    	freopen("test.in","r",stdin);
    	freopen("my.out","w",stdout);
    #endif
    	while (~scanf("%d%d",&m,&n)) {
    		memset(h,0,sizeof h),tot=1;
    		for (int i=1;i<=m;++i) {
    			int x=read(),y=read(),w=read();
    			if (!w) continue;
    			add(x,y,w);
    		}
    		int ans=maxflow(1,n);
    		printf("%d
    ",ans);
    	}
    	return 0;
    }
    
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