最大流之Dinic算法

之前简单介绍了最大流之Ford-Fulkerson算法,此算法时间复杂度为O(F*E)。大多数情况下,这个算法已经足够高效了,但当顶点数或最大流流量非常大时,这个算法就显得不够快了。下面简单介绍易实现的Dinic算法。

Ford_Fulkerson算法通过深度优先搜索寻找增广路,并沿着它增广。与之相对,Dinic算法总是寻找最短的增广路,并沿着它增广。时间复杂度O(E*V^2),不过。该算法在实际应用中速度非常快,很多时候即便图的规模比较大也没有问题。


代码:

//用于表示边的结构体(终点,容量,反向边)  
struct edge  
{    
    int to;
	long long cap;
	int rev;  
};  
  
vector<edge> G[max_v];//图的邻接表表示  
int level[max_v];//顶点到源点的距离标号
  
//向图中增加一条从s到t容量为cap的边  
void add_edge(int from,int to,long long cap)  
{  
    G[from].push_back((edge){to,cap,G[to].size()});  
    G[to].push_back((edge){from,0,G[from].size()-1});  
}  
  
bool bfs(int s, int t)
{
    memset(level,-1,sizeof(level));
    queue<int> que;
    level[s]=0;
    que.push(s);
    while(!que.empty())
    {
        int v=que.front();  que.pop();
        if(v==t)
        {
            return true;
        }
        for(int i=0;i<G[v].size();i++)
        {
            edge &e=G[v][i];
            if (e.cap>0&&level[e.to]<0)
            {
                level[e.to]=level[v]+1;
                que.push(e.to);
            }
        }
    }

    return false;
}

//通过DFS寻找增广路  
long long dfs(int v,int t,long long f)  
{  
    if(v==t)    return f;   
    for(int i=0;i<G[v].size();i++)  
    {  
        edge &e=G[v][i];  
        if(e.cap>0&&level[v]+1==level[e.to])  
        {  
            long long d=dfs(e.to,t,min(f,e.cap));  
            if(d>0)  
            {  
                e.cap-=d;  
                G[e.to][e.rev].cap+=d;  
                return d;  
            }  
        }  
    }  
    return 0;  
}  
  
//求解从s到t的最大流  
long long max_flow(int s,int t)  
{  
    long long flow=0;  
    while(bfs(s,t))
    {
    	flow+=dfs(s, t, INF);
	}
	return flow;
}

### DINIC算法解决最大流问题 #### 原理概述 DINIC算法是一种用于计算网络流中的最大流的有效算法。该算法通过构建层次图并在此基础上查找增广路径来逐步增加流量,直到无法再找到新的增广路径为止[^1]。 #### 层次图的建立 为了提高效率,DINIC算法采用了一种称为“层次图”的结构。具体来说,就是利用宽度优先搜索(BFS)从源节点出发给每一个可达结点分配一个距离标签,表示到达这个顶点至少要经过几条边。只有当存在一条容量大于0且终点未被访问过的有向边时才会继续向下一层扩展[^2]。 #### 寻找增广路径 一旦建立了层次图之后,就可通过深度优先搜索(DFS)尝试沿着这些已标记好的层级关系去探寻可能存在的增广路径。这里需要注意的是,在一次完整的DFS过程中可以一次性找出多条独立互不干扰的最短长度增广路,并据此调整实际流动量[^4]。 #### 当前弧优化技术 普通版本下的DINIC可能会遇到性能瓶颈,尤其是在处理大规模稀疏图的情况下。为此引入了所谓的“当前弧”机制作为改进措施之一。“当前弧”指的是对于每个节点维护其尚未完全探索完毕的第一条有效出边位置指针;每当完成一轮针对某特定起点v的所有潜在目标w之间的遍历时,则更新此指向下一可用候选者处,从而减少不必要的重复扫描操作次数,显著提升整体执行速度[^3]。 ```cpp struct Edge { int to, cap, flow; }; vector<Edge> edges; vector<int> adj[MAX_N]; int level[MAX_N], cur[MAX_N]; void addEdge(int u, int v, int c) { edges.push_back({v, c, 0}); edges.push_back({u, 0, 0}); // 反向边初始化为零流量 adj[u].push_back(edges.size() - 2); adj[v].push_back(edges.size() - 1); } bool bfs(int s, int t) { /* ... */ } int dfs(int node, int sink, int flow) { /* ... */ } // 主函数调用部分省略... while (bfs(sink)) { memset(cur, 0, sizeof(cur)); while (int f = dfs(source, sink, INT_MAX)) max_flow += f; } ```
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