| 1 | #ifndef LEMON_PREFLOW_PUSH_HH | 
|---|
| 2 | #define LEMON_PREFLOW_PUSH_HH | 
|---|
| 3 |  | 
|---|
| 4 | //#include <algorithm> | 
|---|
| 5 | #include <list> | 
|---|
| 6 | #include <vector> | 
|---|
| 7 | #include <queue> | 
|---|
| 8 | //#include "pf_hiba.hh" | 
|---|
| 9 | //#include <marci_list_graph.hh> | 
|---|
| 10 | //#include <marci_graph_traits.hh> | 
|---|
| 11 | #include <invalid.h> | 
|---|
| 12 | //#include <reverse_bfs.hh> | 
|---|
| 13 |  | 
|---|
| 14 | using namespace std; | 
|---|
| 15 |  | 
|---|
| 16 | namespace lemon { | 
|---|
| 17 |  | 
|---|
| 18 |   template <typename Graph, typename T> | 
|---|
| 19 |   class preflow_push { | 
|---|
| 20 |  | 
|---|
| 21 |     //Useful typedefs | 
|---|
| 22 |     typedef typename Graph::Node Node; | 
|---|
| 23 |     typedef typename Graph::NodeIt NodeIt; | 
|---|
| 24 |     typedef typename Graph::Edge Edge; | 
|---|
| 25 |     typedef typename Graph::OutEdgeIt OutEdgeIt; | 
|---|
| 26 |     typedef typename Graph::InEdgeIt InEdgeIt; | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 |  | 
|---|
| 29 |     //--------------------------------------------- | 
|---|
| 30 |     //Parameters of the algorithm | 
|---|
| 31 |     //--------------------------------------------- | 
|---|
| 32 |     //Fully examine an active node until excess becomes 0 | 
|---|
| 33 |     enum node_examination_t {examine_full, examine_to_relabel}; | 
|---|
| 34 |     //No more implemented yet:, examine_only_one_edge}; | 
|---|
| 35 |     node_examination_t node_examination; | 
|---|
| 36 |     //Which implementation to be used | 
|---|
| 37 |     enum implementation_t {impl_fifo, impl_highest_label}; | 
|---|
| 38 |     //No more implemented yet:}; | 
|---|
| 39 |     implementation_t implementation; | 
|---|
| 40 |     //--------------------------------------------- | 
|---|
| 41 |     //Parameters of the algorithm | 
|---|
| 42 |     //--------------------------------------------- | 
|---|
| 43 |   | 
|---|
| 44 |   private: | 
|---|
| 45 |     //input | 
|---|
| 46 |     Graph& G; | 
|---|
| 47 |     Node s; | 
|---|
| 48 |     Node t; | 
|---|
| 49 |     typename Graph::EdgeMap<T> &capacity; | 
|---|
| 50 |  | 
|---|
| 51 |     //output | 
|---|
| 52 |     typename Graph::EdgeMap<T> preflow; | 
|---|
| 53 |     T maxflow_value; | 
|---|
| 54 |    | 
|---|
| 55 |     //auxiliary variables for computation | 
|---|
| 56 |     //The number of the nodes | 
|---|
| 57 |     int number_of_nodes; | 
|---|
| 58 |     //A nodemap for the level | 
|---|
| 59 |     typename Graph::NodeMap<int> level; | 
|---|
| 60 |     //A nodemap for the excess | 
|---|
| 61 |     typename Graph::NodeMap<T> excess; | 
|---|
| 62 |      | 
|---|
| 63 |     //Number of nodes on each level | 
|---|
| 64 |     vector<int> num_of_nodes_on_level; | 
|---|
| 65 |      | 
|---|
| 66 |     //For the FIFO implementation | 
|---|
| 67 |     list<Node> fifo_nodes; | 
|---|
| 68 |     //For 'highest label' implementation | 
|---|
| 69 |     int highest_active; | 
|---|
| 70 |     //int second_highest_active; | 
|---|
| 71 |     vector< list<Node> > active_nodes; | 
|---|
| 72 |  | 
|---|
| 73 |   public: | 
|---|
| 74 |    | 
|---|
| 75 |     //Constructing the object using the graph, source, sink and capacity vector | 
|---|
| 76 |     preflow_push( | 
|---|
| 77 |                       Graph& _G,  | 
|---|
| 78 |                       Node _s,  | 
|---|
| 79 |                       Node _t,  | 
|---|
| 80 |                       typename Graph::EdgeMap<T> & _capacity) | 
|---|
| 81 |       : G(_G), s(_s), t(_t),  | 
|---|
| 82 |         capacity(_capacity),  | 
|---|
| 83 |         preflow(_G), | 
|---|
| 84 |         //Counting the number of nodes | 
|---|
| 85 |         //number_of_nodes(count(G.first<EachNodeIt>())), | 
|---|
| 86 |         number_of_nodes(G.nodeNum()), | 
|---|
| 87 |  | 
|---|
| 88 |         level(_G), | 
|---|
| 89 |         excess(_G)//, | 
|---|
| 90 |         // Default constructor: active_nodes() | 
|---|
| 91 |     {  | 
|---|
| 92 |       //Simplest parameter settings | 
|---|
| 93 |       node_examination = examine_full;//examine_to_relabel;// | 
|---|
| 94 |       //Which implementation to be usedexamine_full | 
|---|
| 95 |       implementation = impl_highest_label;//impl_fifo; | 
|---|
| 96 |   | 
|---|
| 97 |       // | 
|---|
| 98 |       num_of_nodes_on_level.resize(2*number_of_nodes-1); | 
|---|
| 99 |       num_of_nodes_on_level.clear(); | 
|---|
| 100 |  | 
|---|
| 101 |       switch(implementation){ | 
|---|
| 102 |       case impl_highest_label :{ | 
|---|
| 103 |         active_nodes.clear(); | 
|---|
| 104 |         active_nodes.resize(2*number_of_nodes-1); | 
|---|
| 105 |          | 
|---|
| 106 |         break; | 
|---|
| 107 |       } | 
|---|
| 108 |       default: | 
|---|
| 109 |         break; | 
|---|
| 110 |       } | 
|---|
| 111 |  | 
|---|
| 112 |     } | 
|---|
| 113 |  | 
|---|
| 114 |     //Returns the value of a maximal flow  | 
|---|
| 115 |     T run(); | 
|---|
| 116 |    | 
|---|
| 117 |     typename Graph::EdgeMap<T>  getmaxflow(){ | 
|---|
| 118 |       return preflow; | 
|---|
| 119 |     } | 
|---|
| 120 |  | 
|---|
| 121 |  | 
|---|
| 122 |   private: | 
|---|
| 123 |     //For testing purposes only | 
|---|
| 124 |     //Lists the node_properties | 
|---|
| 125 |     void write_property_vector(typename Graph::NodeMap<T> a, | 
|---|
| 126 |                                //node_property_vector<Graph, T> a,  | 
|---|
| 127 |                                char* prop_name="property"){ | 
|---|
| 128 |       for(NodeIt i=G.template first<NodeIt>(); G.valid(i); G.next(i)) { | 
|---|
| 129 |         cout<<"Node id.: "<<G.id(i)<<", "<<prop_name<<" value: "<<a[i]<<endl; | 
|---|
| 130 |       } | 
|---|
| 131 |       cout<<endl; | 
|---|
| 132 |     } | 
|---|
| 133 |  | 
|---|
| 134 |     //Modifies the excess of the node and makes sufficient changes | 
|---|
| 135 |     void modify_excess(const Node& a ,T v){ | 
|---|
| 136 |       //T old_value=excess[a]; | 
|---|
| 137 |       excess[a] += v; | 
|---|
| 138 |     } | 
|---|
| 139 |    | 
|---|
| 140 |     //This private procedure is supposed to modify the preflow on edge j | 
|---|
| 141 |     //by value v (which can be positive or negative as well)  | 
|---|
| 142 |     //and maintain the excess on the target and source | 
|---|
| 143 |     //Here we do not check whether this is possible or not | 
|---|
| 144 |     void modify_preflow(Edge j, const T& v){ | 
|---|
| 145 |  | 
|---|
| 146 |       //Modifiyng the edge | 
|---|
| 147 |       preflow[j] += v; | 
|---|
| 148 |  | 
|---|
| 149 |  | 
|---|
| 150 |       //Modifiyng the target | 
|---|
| 151 |       modify_excess(G.target(j),v); | 
|---|
| 152 |          | 
|---|
| 153 |       //Modifiyng the source | 
|---|
| 154 |       modify_excess(G.source(j),-v); | 
|---|
| 155 |  | 
|---|
| 156 |     } | 
|---|
| 157 |  | 
|---|
| 158 |     //Gives the active node to work with  | 
|---|
| 159 |     //(depending on the implementation to be used) | 
|---|
| 160 |     Node get_active_node(){ | 
|---|
| 161 |        | 
|---|
| 162 |  | 
|---|
| 163 |       switch(implementation) { | 
|---|
| 164 |       case impl_highest_label : { | 
|---|
| 165 |  | 
|---|
| 166 |         //First need to find the highest label for which there's an active node | 
|---|
| 167 |         while( highest_active>=0 && active_nodes[highest_active].empty() ){  | 
|---|
| 168 |           --highest_active; | 
|---|
| 169 |         } | 
|---|
| 170 |  | 
|---|
| 171 |         if( highest_active>=0) { | 
|---|
| 172 |            | 
|---|
| 173 |  | 
|---|
| 174 |           Node a=active_nodes[highest_active].front(); | 
|---|
| 175 |           active_nodes[highest_active].pop_front(); | 
|---|
| 176 |            | 
|---|
| 177 |           return a; | 
|---|
| 178 |         } | 
|---|
| 179 |         else { | 
|---|
| 180 |           return INVALID; | 
|---|
| 181 |         } | 
|---|
| 182 |          | 
|---|
| 183 |         break; | 
|---|
| 184 |          | 
|---|
| 185 |       } | 
|---|
| 186 |       case impl_fifo : { | 
|---|
| 187 |  | 
|---|
| 188 |         if( ! fifo_nodes.empty() ) { | 
|---|
| 189 |           Node a=fifo_nodes.front(); | 
|---|
| 190 |           fifo_nodes.pop_front(); | 
|---|
| 191 |           return a; | 
|---|
| 192 |         } | 
|---|
| 193 |         else { | 
|---|
| 194 |           return INVALID; | 
|---|
| 195 |         } | 
|---|
| 196 |         break; | 
|---|
| 197 |       } | 
|---|
| 198 |       } | 
|---|
| 199 |       // | 
|---|
| 200 |       return INVALID; | 
|---|
| 201 |     } | 
|---|
| 202 |  | 
|---|
| 203 |     //Puts node 'a' among the active nodes | 
|---|
| 204 |     void make_active(const Node& a){ | 
|---|
| 205 |       //s and t never become active | 
|---|
| 206 |       if (a!=s && a!= t){ | 
|---|
| 207 |         switch(implementation){ | 
|---|
| 208 |         case impl_highest_label : | 
|---|
| 209 |           active_nodes[level[a]].push_back(a); | 
|---|
| 210 |           break; | 
|---|
| 211 |         case impl_fifo : | 
|---|
| 212 |           fifo_nodes.push_back(a); | 
|---|
| 213 |           break; | 
|---|
| 214 |         } | 
|---|
| 215 |  | 
|---|
| 216 |       } | 
|---|
| 217 |  | 
|---|
| 218 |       //Update highest_active label | 
|---|
| 219 |       if (highest_active<level[a]){ | 
|---|
| 220 |         highest_active=level[a]; | 
|---|
| 221 |       } | 
|---|
| 222 |  | 
|---|
| 223 |     } | 
|---|
| 224 |  | 
|---|
| 225 |     //Changes the level of node a and make sufficent changes | 
|---|
| 226 |     void change_level_to(Node a, int new_value){ | 
|---|
| 227 |       int seged = level[a]; | 
|---|
| 228 |       level.set(a,new_value); | 
|---|
| 229 |       --num_of_nodes_on_level[seged]; | 
|---|
| 230 |       ++num_of_nodes_on_level[new_value]; | 
|---|
| 231 |     } | 
|---|
| 232 |  | 
|---|
| 233 |     //Collection of things useful (or necessary) to do before running | 
|---|
| 234 |  | 
|---|
| 235 |     void preprocess(){ | 
|---|
| 236 |  | 
|---|
| 237 |       //--------------------------------------- | 
|---|
| 238 |       //Initialize parameters | 
|---|
| 239 |       //--------------------------------------- | 
|---|
| 240 |  | 
|---|
| 241 |       //Setting starting preflow, level and excess values to zero | 
|---|
| 242 |       //This can be important, if the algorithm is run more then once | 
|---|
| 243 |       for(NodeIt i=G.template first<NodeIt>(); G.valid(i); G.next(i)) { | 
|---|
| 244 |         level.set(i,0); | 
|---|
| 245 |         excess.set(i,0); | 
|---|
| 246 |         for(OutEdgeIt j=G.template first<OutEdgeIt>(i); G.valid(j); G.next(j))  | 
|---|
| 247 |           preflow.set(j, 0); | 
|---|
| 248 |       } | 
|---|
| 249 |       num_of_nodes_on_level[0]=number_of_nodes; | 
|---|
| 250 |       highest_active=0; | 
|---|
| 251 |       //--------------------------------------- | 
|---|
| 252 |       //Initialize parameters | 
|---|
| 253 |       //--------------------------------------- | 
|---|
| 254 |  | 
|---|
| 255 |        | 
|---|
| 256 |       //------------------------------------ | 
|---|
| 257 |       //This is the only part that uses BFS | 
|---|
| 258 |       //------------------------------------ | 
|---|
| 259 |  | 
|---|
| 260 |       /*Reverse_bfs from t, to find the starting level.*/ | 
|---|
| 261 |       //Copyright: Jacint | 
|---|
| 262 |       change_level_to(t,0); | 
|---|
| 263 |  | 
|---|
| 264 |       std::queue<Node> bfs_queue; | 
|---|
| 265 |       bfs_queue.push(t); | 
|---|
| 266 |  | 
|---|
| 267 |       while (!bfs_queue.empty()) { | 
|---|
| 268 |  | 
|---|
| 269 |         Node v=bfs_queue.front();        | 
|---|
| 270 |         bfs_queue.pop(); | 
|---|
| 271 |         int l=level[v]+1; | 
|---|
| 272 |  | 
|---|
| 273 |         InEdgeIt e; | 
|---|
| 274 |         for(G.first(e,v); G.valid(e); G.next(e)) { | 
|---|
| 275 |           Node w=G.source(e); | 
|---|
| 276 |           if ( level[w] == number_of_nodes && w != s ) { | 
|---|
| 277 |             bfs_queue.push(w); | 
|---|
| 278 |             //Node first=level_list[l]; | 
|---|
| 279 |             //if ( G.valid(first) ) left.set(first,w); | 
|---|
| 280 |             //right.set(w,first); | 
|---|
| 281 |             //level_list[l]=w; | 
|---|
| 282 |             change_level_to(w, l); | 
|---|
| 283 |             //level.set(w, l); | 
|---|
| 284 |           } | 
|---|
| 285 |         } | 
|---|
| 286 |       } | 
|---|
| 287 |       change_level_to(s,number_of_nodes); | 
|---|
| 288 |       //level.set(s,number_of_nodes); | 
|---|
| 289 |  | 
|---|
| 290 |       /* | 
|---|
| 291 |       //Setting starting level values using reverse bfs | 
|---|
| 292 |       reverse_bfs<Graph> rev_bfs(G,t); | 
|---|
| 293 |       rev_bfs.run(); | 
|---|
| 294 |       //write_property_vector(rev_bfs.dist,"rev_bfs"); | 
|---|
| 295 |       for(NodeIt i=G.template first<NodeIt>(); G.valid(i); G.next(i)) { | 
|---|
| 296 |         change_level_to(i,rev_bfs.dist(i)); | 
|---|
| 297 |         //level.put(i,rev_bfs.dist.get(i)); | 
|---|
| 298 |       } | 
|---|
| 299 |       */ | 
|---|
| 300 |       //------------------------------------ | 
|---|
| 301 |       //This is the only part that uses BFS | 
|---|
| 302 |       //------------------------------------ | 
|---|
| 303 |        | 
|---|
| 304 |        | 
|---|
| 305 |       //Starting level of s | 
|---|
| 306 |       change_level_to(s,number_of_nodes); | 
|---|
| 307 |       //level.put(s,number_of_nodes); | 
|---|
| 308 |        | 
|---|
| 309 |        | 
|---|
| 310 |       //we push as much preflow from s as possible to start with | 
|---|
| 311 |       for(OutEdgeIt j=G.template first<OutEdgeIt>(s); G.valid(j); G.next(j)){  | 
|---|
| 312 |         modify_preflow(j,capacity[j] ); | 
|---|
| 313 |         make_active(G.target(j)); | 
|---|
| 314 |         int lev=level[G.target(j)]; | 
|---|
| 315 |         if(highest_active<lev){ | 
|---|
| 316 |           highest_active=lev; | 
|---|
| 317 |         } | 
|---|
| 318 |       } | 
|---|
| 319 |       //cout<<highest_active<<endl; | 
|---|
| 320 |     }  | 
|---|
| 321 |  | 
|---|
| 322 |      | 
|---|
| 323 |     //If the preflow is less than the capacity on the given edge | 
|---|
| 324 |     //then it is an edge in the residual graph | 
|---|
| 325 |     bool is_admissible_forward_edge(Edge j, int& new_level){ | 
|---|
| 326 |  | 
|---|
| 327 |       if (capacity[j]>preflow[j]){ | 
|---|
| 328 |         if(level[G.source(j)]==level[G.target(j)]+1){ | 
|---|
| 329 |           return true; | 
|---|
| 330 |         } | 
|---|
| 331 |         else{ | 
|---|
| 332 |           if (level[G.target(j)] < new_level) | 
|---|
| 333 |             new_level=level[G.target(j)]; | 
|---|
| 334 |         } | 
|---|
| 335 |       } | 
|---|
| 336 |       return false; | 
|---|
| 337 |     } | 
|---|
| 338 |  | 
|---|
| 339 |     //If the preflow is greater than 0 on the given edge | 
|---|
| 340 |     //then the edge reversd is an edge in the residual graph | 
|---|
| 341 |     bool is_admissible_backward_edge(Edge j, int& new_level){ | 
|---|
| 342 |        | 
|---|
| 343 |       if (0<preflow[j]){ | 
|---|
| 344 |         if(level[G.source(j)]==level[G.target(j)]-1){ | 
|---|
| 345 |           | 
|---|
| 346 |           return true; | 
|---|
| 347 |         } | 
|---|
| 348 |         else{ | 
|---|
| 349 |           if (level[G.source(j)] < new_level) | 
|---|
| 350 |             new_level=level[G.source(j)]; | 
|---|
| 351 |         } | 
|---|
| 352 |          | 
|---|
| 353 |       } | 
|---|
| 354 |       return false; | 
|---|
| 355 |     } | 
|---|
| 356 |  | 
|---|
| 357 |   | 
|---|
| 358 |   };  //class preflow_push   | 
|---|
| 359 |  | 
|---|
| 360 |   template<typename Graph, typename T> | 
|---|
| 361 |     T preflow_push<Graph, T>::run() { | 
|---|
| 362 |      | 
|---|
| 363 |     preprocess(); | 
|---|
| 364 |     //write_property_vector(level,"level"); | 
|---|
| 365 |     T e,v; | 
|---|
| 366 |     Node a; | 
|---|
| 367 |     while (a=get_active_node(), G.valid(a)){ | 
|---|
| 368 |        | 
|---|
| 369 |       //cout<<G.id(a)<<endl; | 
|---|
| 370 |       //write_property_vector(excess,"excess"); | 
|---|
| 371 |       //write_property_vector(level,"level"); | 
|---|
| 372 |  | 
|---|
| 373 |  | 
|---|
| 374 |       bool go_to_next_node=false; | 
|---|
| 375 |       e = excess[a]; | 
|---|
| 376 |       while (!go_to_next_node){ | 
|---|
| 377 |         //Initial value for the new level for the active node we are dealing with | 
|---|
| 378 |         int new_level=2*number_of_nodes; | 
|---|
| 379 |         //write_property_vector(excess,"excess"); | 
|---|
| 380 |         //write_property_vector(level,"level"); | 
|---|
| 381 |         //cout<<G.id(a)<<endl; | 
|---|
| 382 |         //Out edges from node a | 
|---|
| 383 |         { | 
|---|
| 384 |           OutEdgeIt j=G.template first<OutEdgeIt>(a); | 
|---|
| 385 |           while (G.valid(j) && e){ | 
|---|
| 386 |  | 
|---|
| 387 |             if (is_admissible_forward_edge(j,new_level)){ | 
|---|
| 388 |               v=min(e,capacity[j] - preflow[j]); | 
|---|
| 389 |               e -= v; | 
|---|
| 390 |               //New node might become active | 
|---|
| 391 |               if (excess[G.target(j)]==0){ | 
|---|
| 392 |                 make_active(G.target(j)); | 
|---|
| 393 |               } | 
|---|
| 394 |               modify_preflow(j,v); | 
|---|
| 395 |             } | 
|---|
| 396 |             G.next(j); | 
|---|
| 397 |           } | 
|---|
| 398 |         } | 
|---|
| 399 |         //In edges to node a | 
|---|
| 400 |         { | 
|---|
| 401 |           InEdgeIt j=G.template first<InEdgeIt>(a); | 
|---|
| 402 |           while (G.valid(j) && e){ | 
|---|
| 403 |             if (is_admissible_backward_edge(j,new_level)){ | 
|---|
| 404 |               v=min(e,preflow[j]); | 
|---|
| 405 |               e -= v; | 
|---|
| 406 |               //New node might become active | 
|---|
| 407 |               if (excess[G.source(j)]==0){ | 
|---|
| 408 |                 make_active(G.source(j)); | 
|---|
| 409 |               } | 
|---|
| 410 |               modify_preflow(j,-v); | 
|---|
| 411 |             } | 
|---|
| 412 |             G.next(j); | 
|---|
| 413 |           } | 
|---|
| 414 |         } | 
|---|
| 415 |  | 
|---|
| 416 |         //if (G.id(a)==999) | 
|---|
| 417 |         //cout<<new_level<<" e: "<<e<<endl; | 
|---|
| 418 |         //cout<<G.id(a)<<" "<<new_level<<endl; | 
|---|
| 419 |  | 
|---|
| 420 |         if (0==e){ | 
|---|
| 421 |           //Saturating push | 
|---|
| 422 |           go_to_next_node=true; | 
|---|
| 423 |         } | 
|---|
| 424 |         else{//If there is still excess in node a | 
|---|
| 425 |            | 
|---|
| 426 |           //change_level_to(a,new_level+1); | 
|---|
| 427 |            | 
|---|
| 428 |           //Level remains empty | 
|---|
| 429 |           if (num_of_nodes_on_level[level[a]]==1){ | 
|---|
| 430 |             change_level_to(a,number_of_nodes); | 
|---|
| 431 |             //go_to_next_node=True; | 
|---|
| 432 |           } | 
|---|
| 433 |           else{ | 
|---|
| 434 |             change_level_to(a,new_level+1); | 
|---|
| 435 |             //increase_level(a); | 
|---|
| 436 |           } | 
|---|
| 437 |            | 
|---|
| 438 |      | 
|---|
| 439 |            | 
|---|
| 440 |  | 
|---|
| 441 |           switch(node_examination){ | 
|---|
| 442 |           case examine_to_relabel: | 
|---|
| 443 |             make_active(a); | 
|---|
| 444 |  | 
|---|
| 445 |             go_to_next_node = true; | 
|---|
| 446 |             break; | 
|---|
| 447 |           default: | 
|---|
| 448 |             break; | 
|---|
| 449 |           } | 
|---|
| 450 |            | 
|---|
| 451 |      | 
|---|
| 452 |          | 
|---|
| 453 |         }//if (0==e) | 
|---|
| 454 |       } | 
|---|
| 455 |     } | 
|---|
| 456 |     maxflow_value = excess[t]; | 
|---|
| 457 |     return maxflow_value; | 
|---|
| 458 |   }//run | 
|---|
| 459 |  | 
|---|
| 460 |  | 
|---|
| 461 | }//namespace lemon | 
|---|
| 462 |  | 
|---|
| 463 | #endif //PREFLOW_PUSH_HH | 
|---|