第八章 图与网络分析
68
定义(可行流)
若对网络图D=(V,A.W) ,由vs到vt的一组 流f,若满足如下条件: (1)容量限制条件:0 fij Cij
(2)平衡条件:
对中间点vi,有输出量=输入量
对发点和收点有
v
i
si
vj t 网络的总流量
j
69
则称f为D的一个可行流,简称流。
截量 C与流 f 的关系
72
定理:当且仅当D中不包含 f 增广链 时,D中的流 f 是最大流。
73
算法的基本思想:
1 从任一已知流(如零流)开始,递推 地构造一个其值不断增加的流的序列。 2 在每一个新流构成之后,如果D有f 的增广链,则f不是最大流。 3 可得基于P的修改流f,并作为递增流 序列的下一个流,如果不存在f的增广 良,则f 是最大流,停止,否则重复。
3
A
C
D
B
4
A
D C
B
5
例8-2:有7个人围桌而坐,如果 要求每次相邻的人都与以前完全 不同,试问不同的就座方案共有 多少种?
6
例8-3:哈密顿(Hamilton)回 路是十九世纪英国数学家哈密顿 提出,给出一个正12面体图形, 共有20个顶点表示20个城市,要 求从某个城市出发沿着棱线寻找 一条经过每个城市一次而且仅一 次,最后回到原处的周游世界线 路(并不要求经过每条边)。
57
v1
a
v0
v2
vn
截集a:v0v1,v0v2,v0vn
58
v1
b
v0
v2
vn
截集b:v1vn,v2vn,v0vn
59
v1
v0
v2
vn
c
截集c:v1vn,v1v2,v2v1,v0v2 ,v0vn
60
d
v1
v0
v2
vn
截集d:v0v1,v1v2,v2v1,v2vn,v0vn
61
定义(截集的容量)从S中各 顶点到S中各顶点全部容量之 和称为截集的容量(截量), 用(S,S)表示。
65
定义(最小截量) 一个网络中,各种截集中容量 最小的称为最小截量,用min C(S,S)表示。
66
定义:
在赋权有向图D=(V,A.W) 中,W称为弧(vi,vj)上的权 数,在网络流中称W为通过 弧(vi,vj)的最大容量。简称 弧容量。
67
称入次为零的点为发(源)点, 记为vs。出次为零的点为收(汇) 点,记为vt。其余点为中间点。 在D中通过弧(vi,vj)的物运量称 为弧(vi,vj)的流量,所有弧上流 量的集合f={fij}称为D的一个流。
62
截集a:
Ca=C01+C02+C0n
截集b: Cb=C1n+C2n+C0n
截集c:
Cc=C1n+C12+ C02+ C0n
截集d: Cd=C01+C21+ C2n+ C0n
63
S
v0
v1
v2
vn
c
S 在截集c中边v2v1是反向的,
其容量视为零。
64
d
v1
S
v0
v2
vn
S
在截集d中边v1v2是反向的, 其容量视为零。
v5为悬挂点,
e7为悬挂边,
16
定理8-1:在一个图中,所有顶 点次的和等于边的两倍。 定理8-2:在任意一个图中,奇 顶点的个数必为偶数。 注意:一个图的形状并不唯一。 但它的三要素是不能变的。
17
定义:设G=(V,E,)和G1= (V1,E1,1)。 如果V1 V, E1 E则称G1为G 的子图;
v2
vn
49
v1
v0
v2
vn
50
v1
v0
v2
vn
V0——V1——V2——Vn
51
v1
v0
v2
vn
52
v1
v0
v2
vn
V0——V2——Vn
53
v1
v0
v2
vn54v1源自v0v2vn
55
v1
v0
v2
vn
V0——V2——V1——Vn
56
定义:(截集或割集) 如果N表示某网络中所有点的集合, 将N分成两个子集S与S,使得发点 v0在S内,收点vn在S内,则称(S, S)为分离发点与收点的截集。显 然,SS=N ,SS=,V0 S , VnS
去掉所有的标号,再重新标号,重复第一步.
77
例
v2 (3,3)
(4,3) (1,1)
v4
(5,3)
vs
(5,1)
(1,1)
(3,0) (2,1)
vt
v1
(2,2)
v3
(wij,fij)
78
v5
29
9-2
最优树问题
树是一类极其简单而很有用的图。
定义(链)如果图中的某些点、边 可以排列成点和边的交错序列,则 称此为一条链。
定义(圈)如一条链中起点和终点 重合,则称此为一条圈。
30
定义(连通图)如果图中的任意 两点之间至少存在一条通路,则 称图为连通图,否则为不连通图。
定义(树)一个无圈的连通图称 为树。
74
算法:寻找增广链方法(标号法)
1.先给vs标号(0,+∞),此时vs 是已标号而未检查的点,其余的点 都是没有标号的点;一般取一个已 标号,但未检查的点vi,对一切所有 的未标号的点vj, (1).若在弧(vi,vj)上有fij<wij,则 给vj标号(vi,L(vj)),其中 L(vj)=min{wij-fij}
任一有向网络流,如果 f 是从发点到收点的流量,C(S,S) 是任一个截集,则 f C(S,S) 。
等号什么时候成立?
70
定理(最小截量 最大流) 任一有向网络流,从发点到 收点的最大流量Maxf等于最小截 量Min C(S,S) 。
即: Max f =
Min C(S,S)
71
定义:若 fij=Wij 称流对弧(vi,vj) 是饱和的,否则是不饱和的。 定义:一条从发点到收点的 f不饱 和通路称为f 的增广链。且对正向 弧有fij<Wij,对反向弧有fij>0.
18
v1 e5
v2 e1 e2
v3
e3
e6 e4 e7
v4
e8
v5
19
(a) 的子图 v1 e5 e1
v2
e3
v4
v5
20
如果G1=(V1,E1,1)是G= (V,E,)子图,并且V1= V, 则称G1为G的生成子图。
21
(a)的生 成子图
v1 e5
v2 e2
v3
e6
v4
e8
v5
22
37
g
d
f
a
38
定义(生成树)
如果图T是G的一个生成子图,而且T 又是一棵树,则称图T为一棵生成树。 一个子图与生成树的区别是:子图与 原图相比少弧又少点,生成树与原图 相比少弧不少点。
39
定理 图 G有生成树的充分必要条件为图是连 通图。 定义(最优树) 在赋权图G中,一棵生成树所有树柱上权 的和,称为生成树的权。具有最小权的生 成树,称为最优树(或最小树)。
76
2、调整改进: (1)按vt及其它点的第一个标号,反向跟 踪,即可得增广链μ. (2)在链上用Q=L(vt)进行调整,令
fi j Q, (vi ,v j ) μ 当 ' fi j ( fi j Q, (vi ,v j ) μ 当 fi j 当 (vi ,v j )μ ,
e3
e5
v4
v3
e4 e7 v5
e8
14
V= ( v1, v2,…... v6)
E= ( e1, e2,…... e8) (e1)= (v1, v2)
(e2)= (v1, v2)
(e7)= (v3, v5) (e8)= (v4, v4)
15
(e8)= (v4, v4),称为环; v6是孤立点,
31
树的性质:
1 在图中任意两点之间必有一条而且只有 一条通路。 2 在图中划去一条边,则图不连通。 3 在图中不相邻的两个顶点之间加一条 边,可得一个且仅得一个圈。 4 图中边数有n=p-1(p为顶点数)
32
例9-6
g e
d f
h
b
a c
33
e
d f
b
34
g
d
f
b
35
e
d
b
c
36
h
b
a c
9
8.1 图的基本概念
图论是专门研究图的理论的 一门数学分支,主要研究点和 线之间的 几何关系。
10
定义:(图)
设G=(V,E,)
其中:V= ( v1, v2,…... vm)
是m个顶点集合; E= ( e1, e2,…... en) 是n条边集合。 是描述边与顶点之间关系的函数
11
称G=(V,E,)为 一个图,如果它 满足: (1)V非空;
25
定义(链)如果图中的某些点、 边可以排列成点和边的交错序 列,则称此为一条链。
定义(圈)如一条链中起点和 终点重合,则称此为一条圈。
26
有向图 v1 e5 e6 e4 e7 v2 e1 e2 v3
e3
v4
e8
v5
27
v1
v2 e1
e3
e6
e7
v4
v5
28
圈 v1 v2 e1