Python中使用线性规划和网络单纯形法解决最大流问题
在Python中解决最大流问题涉及到线性规划和网络单纯形法。线性规划是一种优化问题,目标是最大化或最小化某个线性函数,而网络单纯形法是一种用于解决最大流问题的算法。
以下是使用Python中pulp模块进行线性规划求解最大流的示例:
# 导入模块 import pulp # 创建问题 problem = pulp.LpProblem("Max_Flow", pulp.LpMaximize) # 创建决策变量 x_a_b = pulp.LpVariable('x_a_b', lowBound=0, cat='Integer') # a -> b的流量 x_a_c = pulp.LpVariable('x_a_c', lowBound=0, cat='Integer') # a -> c的流量 x_b_c = pulp.LpVariable('x_b_c', lowBound=0, cat='Integer') # b -> c的流量 x_b_d = pulp.LpVariable('x_b_d', lowBound=0, cat='Integer') # b -> d的流量 x_c_d = pulp.LpVariable('x_c_d', lowBound=0, cat='Integer') # c -> d的流量 # 添加约束条件 problem += x_a_b + x_a_c <= 14 # 限制a的出流 problem += x_b_d <= 25 # 限制d的入流 problem += x_a_b <= 20 # 限制a -> b的流量 problem += x_a_c <= 10 # 限制a -> c的流量 problem += x_b_c <= 15 # 限制b -> c的流量 problem += x_c_d <= 30 # 限制c -> d的流量 # 添加目标函数 problem += x_a_b + x_a_c + x_b_c + x_b_d + x_c_d # 求解问题 problem.solve() # 打印结果 print("最大流为:", pulp.value(problem.objective)) print("决策变量结果:") for v in problem.variables(): print(v.name, "=", v.varValue)
以上代码中描述的最大流问题为:在给定的有向图中,从节点a到节点d的最大流量。
以下是使用Python中networkx模块和scipy模块实现网络单纯形法求解最大流的示例:
# 导入模块 import networkx as nx from scipy.optimize import linprog # 创建图 G = nx.DiGraph() G.add_node('a') G.add_node('b') G.add_node('c') G.add_node('d') G.add_edges_from([('a', 'b', {'capacity': 20}), ('a', 'c', {'capacity': 10}), ('b', 'c', {'capacity': 15}), ('b', 'd', {'capacity': 25}), ('c', 'd', {'capacity': 30})]) # 构建约束矩阵和目标向量 n = len(G.nodes()) A = [] b = [] c = [] s = 0 # 源点 t = n - 1 # 汇点 for i in range(n): a = [0] * n for j in G[i]: a[j] = G.get_edge_data(i, j)['capacity'] A.append(a) if i == s: b.append(-1) c.append(0) elif i == t: b.append(1) c.append(0) else: b.append(0) c.append(1) A = A[:-1] b = b[:-1] # 进行线性规划求解 res = linprog(c, A_eq=A, b_eq=b) # 打印结果 print("最大流为:", int(round(res.fun)))
以上代码中描述的最大流问题为:在给定的有向图中,从节点a到节点d的最大流量。
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