• NetworkX系列教程(10)-算法之三:关键路径问题


    重头戏部分来了,写到这里我感觉得仔细认真点了,可能在NetworkX中,实现某些算法就一句话的事,但是这个算法是做什么的,用在什么地方,原理是怎么样的,不清除,所以,我决定先把图论中常用算法弄个明白在写这部分.

    图论常用算法看我的博客:

    下面我将使用NetworkX实现上面的算法,建议不清楚的部分打开两篇博客对照理解.
    我将图论的经典问题及常用算法的总结写在下面两篇博客中:
    图论---问题篇
    图论---算法篇

    目录:
    * 11.3关键路径算法(CPA)


    注意:如果代码出现找不库,请返回第一个教程,把库文件导入.

    11.3关键路径算法(CPA)

    以下代码从这里复制,由于版本问题,将代码中的:nx.topological_sort(self, reverse=True)改为list(reversed(list(nx.topological_sort(self))))

    1. import networkx as nx 
    2. import matplotlib.pyplot as plt 
    3. from matplotlib.font_manager import *  
    4.  
    5. #定义自定义字体,文件名从1.b查看系统中文字体中来  
    6. myfont = FontProperties(fname='/usr/share/fonts/truetype/wqy/wqy-zenhei.ttc')  
    7. #解决负号'-'显示为方块的问题  
    8. matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus']=False  
    9.  
    10. class CPM(nx.DiGraph): 
    11.  
    12. def __init__(self): 
    13. super().__init__() 
    14. self._dirty = True 
    15. self._critical_path_length = -1 
    16. self._criticalPath = None 
    17.  
    18. def add_node(self, *args, **kwargs): 
    19. self._dirty = True 
    20. super().add_node(*args, **kwargs) 
    21.  
    22. def add_nodes_from(self, *args, **kwargs): 
    23. self._dirty = True 
    24. super().add_nodes_from(*args, **kwargs) 
    25.  
    26. def add_edge(self, *args): # , **kwargs): 
    27. self._dirty = True 
    28. super().add_edge(*args) # , **kwargs) 
    29.  
    30. def add_edges_from(self, *args, **kwargs): 
    31. self._dirty = True 
    32. super().add_edges_from(*args, **kwargs) 
    33.  
    34. def remove_node(self, *args, **kwargs): 
    35. self._dirty = True 
    36. super().remove_node(*args, **kwargs) 
    37.  
    38. def remove_nodes_from(self, *args, **kwargs): 
    39. self._dirty = True 
    40. super().remove_nodes_from(*args, **kwargs) 
    41.  
    42. def remove_edge(self, *args): # , **kwargs): 
    43. self._dirty = True 
    44. super().remove_edge(*args) # , **kwargs) 
    45.  
    46. def remove_edges_from(self, *args, **kwargs): 
    47. self._dirty = True 
    48. super().remove_edges_from(*args, **kwargs) 
    49.  
    50. #根据前向拓扑排序算弧的最早发生时间 
    51. def _forward(self): 
    52. for n in nx.topological_sort(self): 
    53. es = max([self.node[j]['EF'] for j in self.predecessors(n)], default=0) 
    54. self.add_node(n, ES=es, EF=es + self.node[n]['duration']) 
    55.  
    56. #根据前向拓扑排序算弧的最迟发生时间 
    57. def _backward(self): 
    58. #for n in nx.topological_sort(self, reverse=True): 
    59. for n in list(reversed(list(nx.topological_sort(self)))): 
    60. lf = min([self.node[j]['LS'] for j in self.successors(n)], default=self._critical_path_length) 
    61. self.add_node(n, LS=lf - self.node[n]['duration'], LF=lf) 
    62.  
    63. #最早发生时间=最迟发生时间,则判断该节点为关键路径上的关键活动 
    64. def _compute_critical_path(self): 
    65. graph = set() 
    66. for n in self: 
    67. if self.node[n]['EF'] == self.node[n]['LF']: 
    68. graph.add(n) 
    69. self._criticalPath = self.subgraph(graph) 
    70.  
    71. @property 
    72. def critical_path_length(self): 
    73. if self._dirty: 
    74. self._update() 
    75. return self._critical_path_length 
    76.  
    77. @property 
    78. def critical_path(self): 
    79. if self._dirty: 
    80. self._update() 
    81. return sorted(self._criticalPath, key=lambda x: self.node[x]['ES']) 
    82.  
    83. def _update(self): 
    84. self._forward() 
    85. self._critical_path_length = max(nx.get_node_attributes(self, 'EF').values()) 
    86. self._backward() 
    87. self._compute_critical_path() 
    88. self._dirty = False 
    89.  
    90. if __name__ == "__main__": 
    91.  
    92. #构建graph 
    93. G = CPM() 
    94. G.add_node('A', duration=5) 
    95. G.add_node('B', duration=2) 
    96. G.add_node('C', duration=4) 
    97. G.add_node('D', duration=4) 
    98. G.add_node('E', duration=3) 
    99. G.add_node('F', duration=7) 
    100. G.add_node('G', duration=4) 
    101.  
    102. G.add_edges_from([ 
    103. ('A', 'B'), 
    104. ('A', 'C'), 
    105. ('C','D'), 
    106. ('C','E'), 
    107. ('C','G'), 
    108. ('B','D'), 
    109. ('D','F'), 
    110. ('E','F'), 
    111. ('G','F'), 
    112. ])  
    113.  
    114. #显示graph 
    115. nx.draw_spring(G,with_labels=True) 
    116. plt.title('AOE网络',fontproperties=myfont) 
    117. plt.axis('on') 
    118. plt.xticks([]) 
    119. plt.yticks([]) 
    120. plt.show() 
    121.  
    122.  
    123. print('关键活动为:') 
    124. print(G.critical_path_length, G.critical_path) 
    125.  
    126. G.add_node('D', duration=2) 
    127. print(' 修改D活动持续时间4为2后的关键活动为:') 
    128. print(G.critical_path_length, G.critical_path) 

    关键路径示例(该图非黑色线为手工绘制,数字手工添加)
    关键路径示例(该图非黑色线为手工绘制,数字手工添加)

    从graph中可以知道,有两条关键路径,分别是:A->C->G->FA->C->D->F,长度都是20.

    输出:

    关键活动为: 20 ['A', 'C', 'D', 'G', 'F']

    修改D活动持续时间4为2后的关键活动为: 20 ['A', 'C', 'G', 'F']

    关键活动为: ['A', 'C', 'D', 'G', 'F'],可以构成两条边.D活动持续时间4为2后,关键路径变化.

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