Amber大牛的《图论原理》:
问题模型:
给定一个加权的有向图,满足:
(1)容量限制条件:
(2)流量平衡条件:
(2)中的即除了源汇外,所有点都满足流量平衡条件,则称G为有源汇网络;否则
,即不存在源汇,所有点都满足流量平衡条件,则称G为无源汇网络。
将这类问题由易到难一一解决:
问题[1] 求无源汇的网络有上下界的可行流
由于下界是一条弧上的流必需要满足的确定值。下面引入必要弧的概念:必要弧是一定流要满的弧。必要弧的构造,将容量下界的限制分离开了,从而构造了一个没有下界的网络G’:
1. 将原弧(u,v)分离出一条必要弧:。(红色表示)
2. 原弧:。
由于必要弧的有一定要满的限制,将必要弧“拉”出来集中考虑:
添加附加源x, 附加汇y。想像一条不限上界的(y, x),用必要弧将它们“串”起来,即对于有向必要弧(u, v),添加(u, y),(x, v),容量为必要弧容量。这样就建立了一个等价的网络。
一个无源汇网络的可行流的方案一定是必要弧是满的。若去掉(y, x)后,附加源x到附加汇y的最大流,能使得x的出弧或者y的入弧都满,充要于原图有可行流。
算法:
1. 按上述方法构造新网络(分离必要弧,附加源汇)
2. 求附加源x到附加汇y的最大流
3. 若x的出弧或y的入弧都满,则有解,将必要弧合并回原图;否则,无解。
问题[2] 求有源汇的网络有上下界的可行流
加入边(t, s),下界为0(保证不会连上附加源汇x, y),不限上界,将问题[2]转化为问题[1]来求解。
问题[3]求有源汇的网络有上下界的最大流
算法:
1. 先转化为问题[2]来求解一个可行流。若可行无解,则退出。由于必要弧是分离出来的,所以就可以把必要弧(附加源汇及其临边)及其上的流,暂时删去。再将(T,S)删去,恢复源汇。
2. 再次,从S到T找增广轨,求最大流。
3. 最后将暂时删去的下界信息恢复,合并到当前图中。输出解。
这样既不破坏下界(分离出来)也不超出上界(第2步满足容量限制),问题解决。
问题[4]求有源汇的网络有上下界的最小流
算法:
1. 同问题[3]。
2. 从T到S找增广轨,不断反着改进。
3. 同问题[3]。
问题[3]与问题[4]的另一种简易求法:
注意问题[2]中,构造出的(t, s),上下界几乎没什么限制。下面看看它的性质:
定理:如果从s到t有一个流量为a的可行流f,那么从t到s连一条弧(t, s),其流量下界b(t, s) = a,则这个图一定有一个无源汇的可行流:除了弧(t, s)的容量为a外,其余边的容量与f相同。
证明:如果从s到t的最大流量为amax,那么从t到s连一条下界b(t, s) = a’ > amax的弧(t, s),则从在这个改造后的图中一定没有无源汇的可行流:否则将这个可行流中的弧(t, s)除去,就得到了原图中s到t的流量为a’的流,大于最大流量amax,产生矛盾。
可以二分枚举这个参数a,即下界b(t, s),每次用问题[1]判断是否有可行流。这样就可以求出最大流。
同理,问题[4]要求最小流,只要二分枚举上界c(t, s)即可。
因为朴素的预流推进算法O(N3),总复杂度为O(N3 log2流量) 。
思路:
无源汇 (附加源汇+最大解决)
有源汇 (附加(T,S)->无源汇)
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<string>
#include<cstring>
using namespace std;
#define maxM 50000
#define maxN 500
#define inf 1<<30
struct NOde
{
int u,v,f,next;
}edge[maxM];
int head[maxN],p,lev[maxN],cur[maxN];
int que[maxM];
int tre[maxN];//行、列的可行流
int up[maxN][50];//上界
int low[maxN][50];//下界
void init1(int n,int m)
{
p=0,memset(head,-1,sizeof(head));
memset(tre,0,sizeof(tre));
for(int i=0;i<=n;i++)
for(int j=0;j<=m;j++)
up[i][j]=inf,low[i][j]=0;//初始化
}
bool bfs(int s,int t)
{
int qin=0,qout=0,u,i,v;
memset(lev,0,sizeof(lev));
lev[s]=1,que[qin++]=s;
while(qout!=qin){
u=que[qout++];
for(i=head[u];i!=-1;i=edge[i].next){
if(edge[i].f>0 && lev[v=edge[i].v]==0){
lev[v]=lev[u]+1,que[qin++]=v;
if(v==t) return 1;
}
}
}
return lev[t];
}
int dinic(int s,int t)
{
int qin,u,i,k,f;
int flow=0;
while(bfs(s,t))
{
memcpy(cur,head,sizeof(head));
u=s,qin=0;
while(1)
{
if(u==t)
{
for(k=0,f=inf;k<qin;k++)
if(edge[que[k]].f<f)
f=edge[que[i=k]].f;
for(k=0;k<qin;k++)
edge[que[k]].f-=f,edge[que[k]^1].f+=f;
flow+=f,u=edge[que[qin=i]].u;
}
for(i=cur[u];cur[u]!=-1;i=cur[u]=edge[cur[u]].next)
if(edge[i].f>0 && lev[u]+1==lev[edge[i].v]) break;
if(cur[u]!=-1)
que[qin++]=cur[u],u=edge[cur[u]].v;
else
{
if(qin==0) break;
lev[u]=-1,u=edge[que[--qin]].u;
}
}
}
return flow;
}
void addedge(int u,int v,int f)
{
edge[p].u=u,edge[p].v=v,edge[p].f=f,edge[p].next=head[u],head[u]=p++;
edge[p].u=v,edge[p].v=u,edge[p].f=0,edge[p].next=head[v],head[v]=p++;
}
bool buit(int n,int m)
{
for(int i=1;i<=n;i++)
for(int j=1;j<=m;j++)
if(low[i][j]>up[i][j]) return 0;
else
{
tre[i]-=low[i][j],tre[j+n]+=low[i][j];
addedge(i,j+n,up[i][j]-low[i][j]);
}
return 1;
}
void limitflow(int s,int t,int n,int m)
{
int i,j,x,y;
x=t+1,y=t+2;//附加源汇点,x,y
for(i=0;i<=t;i++)
{
if(tre[i]>0) addedge(x,i,tre[i]);
else if(tre[i]<0) addedge(i,y,-tre[i]);
}
addedge(t,s,inf);
dinic(x,y);//可行流
for(i=head[x];i!=-1;i=edge[i].next)
if(edge[i].f)//若x的出弧或y的入弧都满,则有解,将必要弧合并回原图;否则,无解。
{
printf("IMPOSSIBLE\n\n"); return ;
}
for(i=head[t];i!=-1;i=edge[i].next)
if(edge[i].v==s) break;
if(i<0)
{
printf("IMPOSSIBLE\n\n"); return;
}
for(i=1;i<=n;i++)
{
for(j=1;j<m;j++)
printf("%d ",edge[((i-1)*m+j)*2-1].f+low[i][j]);//((i-1)*m+j)*2是i,j的反边
printf("%d\n",edge[i*m*2-1].f+low[i][j]);
}
printf("\n");
}
int main()
{
int cas,cas1,n,m,i,j,sum1,sum2;
int u,v,d,f1,t1,f2,t2,s,t;
char c[5];
scanf("%d",&cas);
for(int tt=1;tt<=cas;tt++)
{
scanf("%d%d",&n,&m);
s=0,t=n+m+1,sum1=0,sum2=0;
init1(n,m);
for(i=1;i<=n;i++)
scanf("%d",&u),tre[s]-=u,tre[i]+=u,sum1+=u;;
for(i=n+1;i<=n+m;i++)
scanf("%d",&u),tre[i]-=u,tre[t]+=u,sum2+=u;
scanf("%d",&cas1);
while(cas1--)
{
scanf("%d%d%s%d",&u,&v,c,&d);
f1=t1=u,f2=t2=v;
if(u==0) f1=1,t1=n;
if(v==0) f2=1,t2=m;
for(i=f1;i<=t1;i++)
for(j=f2;j<=t2;j++)
{
if(c[0]=='=')
{
low[i][j]=max(d,low[i][j]),up[i][j]=min(d,up[i][j]);
}
else if(c[0]=='>')
{
low[i][j]=max(d+1,low[i][j]);
}
else if(c[0]=='<')
{
up[i][j]=min(d-1,up[i][j]);
}
}
}
if(sum1==sum2 && buit(n,m))
limitflow(s,t,n,m);
else printf("IMPOSSIBLE\n\n");
}
return 0;
}