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Python中的Graph()实现网络流算法

发布时间:2023-12-28 09:02:55

在Python中,使用Graph()类可以方便地实现网络流算法。网络流算法是一种图论算法,用来解决在网络中寻找最大流的问题。最大流是指在一个网络中,从源点到汇点的最大传输能力。

下面是一个使用Graph()类实现网络流算法的示例:

from queue import Queue

class Graph:
    def __init__(self, row, col, graph):
        self.row = row
        self.col = col
        self.graph = graph
        self.visited = [False] * row

    def BFS(self, s, t, parent):
        # 创建一个队列,并把起点加入队列
        q = Queue()
        q.put(s)
        self.visited[s] = True

        # 直到队列为空
        while not q.empty():
            # 从队列中取出一个顶点
            u = q.get()

            # 遍历与顶点u相连的所有顶点
            for ind, val in enumerate(self.graph[u]):
                if self.visited[ind] == False and val > 0:
                    q.put(ind)
                    self.visited[ind] = True
                    parent[ind] = u

                    # 如果已经找到汇点,结束遍历
                    if ind == t:
                        return True

        return False

    def FordFulkerson(self, source, sink):
        # 创建一个记录路径的数组
        parent = [-1] * self.row

        max_flow = 0

        # 不断寻找增广路径,直到找不到增广路径为止
        while self.BFS(source, sink, parent):
            # 找到一条增广路径,可以计算出这条路径上的最小容量
            path_flow = float('inf')
            s = sink
            while s != source:
                path_flow = min(path_flow, self.graph[parent[s]][s])
                s = parent[s]

            # 更新路径上各边的容量
            v = sink
            while v != source:
                u = parent[v]
                self.graph[u][v] -= path_flow
                self.graph[v][u] += path_flow
                v = parent[v]

            # 增加最大流量
            max_flow += path_flow

        return max_flow

# 创建一个有向图
row = col = 6
graph = [[0, 6, 7, 0, 0, 0],
         [0, 0, 5, 7, 0, 0],
         [0, 0, 0, 0, 9, 0],
         [0, 0, 0, 0, 7, 9],
         [0, 0, 0, 0, 0, 4],
         [0, 0, 0, 0, 0, 0]]

g = Graph(row, col, graph)

source = 0
sink = 5

max_flow = g.FordFulkerson(source, sink)

print("最大流的值为:", max_flow)

上述示例中,定义了一个Graph()类,包含了BFS()和FordFulkerson()两个方法。BFS()方法用于查找增广路径,FordFulkerson()方法是一个完整的网络流算法实现,用于寻找最大流。

在主程序中,首先创建了一个有向图,然后创建了一个Graph对象g,并指定源点和汇点为0和5。

之后,调用FordFulkerson()方法找到了最大流,并将其打印出来。

注意,在这个实例中,我们使用的是邻接矩阵表示的图,在网络中的每条边上都有一个容量值。