最大流问题及Ford-Fulkerson方法

流网络

流网络是一个有向图，G=(V,E),图中的每条边有一个非负的容量值c(u,v)≥0.如果(u,v)∉E,则定义c(u,v)=0。且在流网络中含有两个特殊的点：源节点 s和汇结点 t。

流网络的形式化定义如下：

设G=(V,E)为一个流网络，其容量函数为 c。G中的流是一个实值函数f:V×V→R,满足如下性质：

容量限制：对于所有结点u,v∈V,其中0≤f(u,v)≥c(u,v) .

对于所有结点u∈V−s,t，其中∑v∈Vf(v,u)=∑v∈Vf(u,v)

f(u,v)为从结点u到结点 v的流。

流

一个流的值 |f|定义为：|f|=∑v∈Vf(s,v)−∑v∈Vf(v,s)

即，流f的值为从源结点流出的总流量减去流入源结点的总流量。

最大流问题就是在给定的流网络中找到最大的流。

Ford-Fulkerson

之所以称它为方法，是因为它本身包含了几种运行时间各不相同的具体实现。

在了解Ford-Fulkerson方法之前，我们先来看以下几个概念。

残存网络

在给定的流网络G和流f,* 残存网络 Gf *由那些仍有空间对流量进行调整的边构成。其残存流量定义为cf(u,v)=c(u,v)−f(u,v)

只有当cf(u,v)>0,才将边<u,v>加入到残次网络中。

更一般的，残存容量可以定义为：

假定有一个流网络G=(V,E),其源结点为s,汇结点为t。设f为图G中的一个流，考虑结点对u,v∈V的残存容量cf(u,v)：

cf(u,v)=⎧⎩⎨c(u,v)−f(u,v),f(u,v)0若(u,v)∈E若(u,v)∈E其他

而残存网络的每条边，即残存边必须允许大于0的流量通过。