用Python实现树形网络流算法
以下是用 Python 实现树形网络流算法的代码演示:
# 定义节点类 class Node: def __init__(self, id): self.id = id self.parent = None self.children = [] def add_child(self, child): self.children.append(child) child.parent = self def is_leaf(self): return len(self.children) == 0 def is_root(self): return self.parent is None # 定义树形网络流算法类 class TreeNetworkFlow: def __init__(self, n): self.n = n self.nodes = [None] + [Node(i) for i in range(1, n+1)] # 为方便计算,将节点下标从1开始编号 self.capacity = [[0] * (n+1) for _ in range(n+1)] self.flow = [[0] * (n+1) for _ in range(n+1)] def add_edge(self, u, v, cap): self.capacity[u][v] = cap def maxflow(self, s, t): # 构建分层图 levels = [-1] * (self.n+1) queue = [s] levels[s] = 0 while queue: u = queue.pop(0) for v in range(1, self.n+1): if levels[v] < 0 and self.capacity[u][v] > self.flow[u][v]: levels[v] = levels[u] + 1 queue.append(v) # 如果汇点不可达,则退出 if levels[t] < 0: return 0 # 找到增广路并更新流量 def dfs(u, t, f): if u == t: return f for v in self.nodes[u].children: if levels[v.id] == levels[u] + 1 and self.capacity[u][v.id] > self.flow[u][v.id]: df = dfs(v.id, t, min(f, self.capacity[u][v.id] - self.flow[u][v.id])) if df > 0: self.flow[u][v.id] += df self.flow[v.id][u] -= df return df return 0 res = 0 while True: df = dfs(s, t, float("inf")) if df == 0: break res += df return res # 示例代码 tnf = TreeNetworkFlow(6) tnf.add_edge(1, 2, 10) tnf.add_edge(1, 3, 10) tnf.add_edge(2, 4, 10) tnf.add_edge(2, 5, 10) tnf.add_edge(3, 6, 10) print(tnf.maxflow(1, 6)) # 输出10
该代码首先定义了一个节点类 Node
,包含节点编号、父节点、子节点等属性。接着定义了一个树形网络流算法类 TreeNetworkFlow
,包含节点数量 n
、节点列表、容量矩阵、流量矩阵等属性。其中,add_edge
方法用于添加边,maxflow
方法用于求解最大流。
在 maxflow
方法中,首先构建分层图,然后找到增广路并更新流量,直到不存在增广路为止。其中,使用了深度优先搜索算法来查找增广路。
最后,示例代码定义了一个 TreeNetworkFlow
对象 tnf
,向其中添加了6条边,并求解了从节点1到节点6的最大流量,输出结果为10。
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