在一个有向图中,给定起点 s 和终点 t,以及每条边的容量(即最大流量),求从 s 到 t 的最大流量。

这是一个经典的运筹学问题,可以使用 Ford-Fulkerson 算法进行求解。该算法的核心思想是不断寻找从起点到终点的增广路径,并沿着该路径更新边的流量,直到无法找到增广路径为止。

以下是一个简单的例子:

给定以下有向图,其中 s 为起点,t 为终点,其他节点分别为 A、B、C、D:

     5        4
s -------> A -------> B ------> t
 \         | \       / |       /
  \        |  \     /  |      /
   \       |   \   /   |     /
    \      |    \ /    |    /
     \     |     X     |   /
      \    |    / \    |  /
       \   |   /   \   | /
        \  |  /     \  |/
         \ | /       \ |
          \|/         \|
           C ----------> D
             2        3

其中每条边的容量如下:

  • s 到 A 的边容量为 5
  • s 到 C 的边容量为 2
  • A 到 B 的边容量为 4
  • A 到 C 的边容量为 2
  • B 到 t 的边容量为 4
  • C 到 D 的边容量为 3
  • D 到 t 的边容量为 6

要求从 s 到 t 的最大流量,可以使用 Ford-Fulkerson 算法进行求解。其中,每次找到一条增广路径,并更新每条路径上的边的流量,直到无法找到增广路径为止。

以下是一个可能的求解过程:

  1. 初始时所有边的流量为 0,即
     0        0
s -------> A -------> B ------> t
 \         | \       / |       /
  \        |  \     /  |      /
   \       |   \   /   |     /
    \      |    \ /    |    /
     \     |     X     |   /
      \    |    / \    |  /
       \   |   /   \   | /
        \  |  /     \  |/
         \ | /       \ |
          \|/         \|
           C ----------> D
             0        0
  1. 使用 DFS 找到一条增广路径 s -> A -> C -> D -> t,该路径上的最小流量为 2。
     2        0
s -------> A -------> B ------> t
 \         | \       / |       /
  \        |  \     /  |      /
   \       |   \   /   |     /
    \      |    \ /    |    /
     \     |     X     |   /
      \    |    / \    |  /
       \   |   /   \   | /
        \  |  /     \  |/
         \ | /       \ |
          \|/         \|
           C ----------> D
             2        2
  1. 更新路径上的边的流量,即将 s 到 A 的边的流量增加 2,A 到 C 的边的流量减少 2,C 到 D 的边的流量增加 2,D 到 t 的边的流量增加 2。
     2        0
s -------> A -------> B ------> t
 \         | \       / |       /
  \        |  \     /  |      /
   \       |   \   /   |     /
    \      |    \ /    |    /
     \     |     X     |   /
      \    |    / \    |  /
       \   |   /   \   | /
        \  |  /     \  |/
         \ | /       \ |
          \|/         \|
           C ----------> D
             0        2
  1. 重复步骤 2 和 3,直到无法找到增广路径。此时,最大流量为 7。
     0        7
s -------> A -------> B ------> t
 \         | \       / |       /
  \        |  \     /  |      /
   \       |   \   /   |     /
    \      |    \ /    |    /
     \     |     X     |   /
      \    |    / \    |  /
       \   |   /   \   | /
        \  |  /     \  |/
         \ | /       \ |
          \|/         \|
           C ----------> D
             2        0

因此,从 s 到 t 的最大流量为 7。

运筹学最大流问题计算题:求解从起点到终点的最大流量

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