COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon-0.x/src/work/jacint/max_flow.h @ 485:7f461ab4af1a

Last change on this file since 485:7f461ab4af1a was 485:7f461ab4af1a, checked in by marci, 17 years ago

Some docu in MaxFlow? class, jacint/max_flow.h

File size: 26.2 KB
Line 
1// -*- C++ -*-
2
3/*
4  Heuristics:
5  2 phase
6  gap
7  list 'level_list' on the nodes on level i implemented by hand
8  stack 'active' on the active nodes on level i
9  runs heuristic 'highest label' for H1*n relabels
10  runs heuristic 'bound decrease' for H0*n relabels, starts with 'highest label'
11 
12  Parameters H0 and H1 are initialized to 20 and 1.
13
14  Constructors:
15
16  Preflow(Graph, Node, Node, CapMap, FlowMap, bool) : bool must be false if
17  FlowMap is not constant zero, and should be true if it is
18
19  Members:
20
21  void run()
22
23  Num flowValue() : returns the value of a maximum flow
24
25  void minMinCut(CutMap& M) : sets M to the characteristic vector of the
26  minimum min cut. M should be a map of bools initialized to false. ??Is it OK?
27
28  void maxMinCut(CutMap& M) : sets M to the characteristic vector of the
29  maximum min cut. M should be a map of bools initialized to false.
30
31  void minCut(CutMap& M) : sets M to the characteristic vector of
32  a min cut. M should be a map of bools initialized to false.
33
34*/
35
36#ifndef HUGO_MAX_FLOW_H
37#define HUGO_MAX_FLOW_H
38
39#define H0 20
40#define H1 1
41
42#include <vector>
43#include <queue>
44#include <stack>
45
46#include <graph_wrapper.h>
47#include <bfs_iterator.h>
48#include <invalid.h>
49#include <maps.h>
50#include <for_each_macros.h>
51
52
53namespace hugo {
54
55  ///\author Marton Makai, Jacint Szabo
56  template <typename Graph, typename Num,
57            typename CapMap=typename Graph::template EdgeMap<Num>,
58            typename FlowMap=typename Graph::template EdgeMap<Num> >
59  class MaxFlow {
60   
61    typedef typename Graph::Node Node;
62    typedef typename Graph::NodeIt NodeIt;
63    typedef typename Graph::OutEdgeIt OutEdgeIt;
64    typedef typename Graph::InEdgeIt InEdgeIt;
65
66    typedef typename std::vector<std::stack<Node> > VecStack;
67    typedef typename Graph::template NodeMap<Node> NNMap;
68    typedef typename std::vector<Node> VecNode;
69
70    const Graph* g;
71    Node s;
72    Node t;
73    const CapMap* capacity; 
74    FlowMap* flow;
75    int n;      //the number of nodes of G
76    typedef ResGraphWrapper<const Graph, Num, CapMap, FlowMap> ResGW;
77    typedef typename ResGW::OutEdgeIt ResGWOutEdgeIt;
78    typedef typename ResGW::Edge ResGWEdge;
79    //typedef typename ResGW::template NodeMap<bool> ReachedMap;
80    typedef typename Graph::template NodeMap<int> ReachedMap;
81    ReachedMap level;
82    //level works as a bool map in augmenting path algorithms
83    //and is used by bfs for storing reached information.
84    //In preflow, it shows levels of nodes.
85    //typename Graph::template NodeMap<int> level;   
86    typename Graph::template NodeMap<Num> excess;
87
88  public:
89 
90    enum flowEnum{
91      ZERO_FLOW=0,
92      GEN_FLOW=1,
93      PREFLOW=2
94    };
95
96    MaxFlow(const Graph& _G, Node _s, Node _t, const CapMap& _capacity,
97            FlowMap& _flow) :
98      g(&_G), s(_s), t(_t), capacity(&_capacity),
99      flow(&_flow), n(_G.nodeNum()), level(_G), excess(_G,0) {}
100
101    /// A max flow algorithm is run.
102    ///\pre the flow have to be 0 at the beginning.
103    void run() {
104      preflow( ZERO_FLOW );
105    }
106   
107    /// A preflow algorithm is run. The initial edge-set have to be a flow,
108    /// or from a preflow, according to \c fe.
109    void preflow( flowEnum fe ) {
110      preflowPhase0(fe);
111      preflowPhase1();
112    }
113
114    /// Run the first phase of preflow, starting from a 0 flow, from a flow,
115    /// or from a preflow, according to \c fe.
116    void preflowPhase0( flowEnum fe );
117
118    /// Second phase of preflow.
119    void preflowPhase1();
120
121    /// Starting from a flow, this method searches for an augmenting path
122    /// according to the Edmonds-Karp algorithm
123    /// and augments the flow on if any.
124    bool augmentOnShortestPath();
125
126    /// Starting from a flow, this method searches for an augmenting blockin
127    /// flow according to Dinits' algorithm and augments the flow on if any.
128    /// The blocking flow is computed in a physically constructed
129    /// residual graph of type \c Mutablegraph.
130    template<typename MutableGraph> bool augmentOnBlockingFlow();
131
132    /// The same as \c augmentOnBlockingFlow<MutableGraph> but the
133    /// residual graph is not constructed physically.
134    bool augmentOnBlockingFlow2();
135
136    /// Returns the actual flow value.
137    /// More precisely, it returns the negative excess of s, thus
138    /// this works also for preflows.
139    Num flowValue() {
140      Num a=0;
141      FOR_EACH_INC_LOC(OutEdgeIt, e, *g, s) a+=(*flow)[e];
142      FOR_EACH_INC_LOC(InEdgeIt, e, *g, s) a-=(*flow)[e];
143      return a;
144    }
145
146    /// Should be used between preflowPhase0 and preflowPhase1.
147    ///\todo We have to make some status variable which shows the actual state
148    /// of the class. This enables us to determine which methods are valid
149    /// for MinCut computation
150    template<typename _CutMap>
151    void actMinCut(_CutMap& M) {
152      NodeIt v;
153      for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) {
154        if ( level[v] < n ) {
155          M.set(v,false);
156        } else {
157          M.set(v,true);
158        }
159      }
160    }
161
162
163    /// The unique inclusionwise minimum cut is computed by
164    /// processing a bfs from s in the residual graph.
165    ///\pre flow have to be a max flow otherwise it will the whole node-set.
166    template<typename _CutMap>
167    void minMinCut(_CutMap& M) {
168   
169      std::queue<Node> queue;
170     
171      M.set(s,true);     
172      queue.push(s);
173
174      while (!queue.empty()) {
175        Node w=queue.front();
176        queue.pop();
177
178        OutEdgeIt e;
179        for(g->first(e,w) ; g->valid(e); g->next(e)) {
180          Node v=g->head(e);
181          if (!M[v] && (*flow)[e] < (*capacity)[e] ) {
182            queue.push(v);
183            M.set(v, true);
184          }
185        }
186
187        InEdgeIt f;
188        for(g->first(f,w) ; g->valid(f); g->next(f)) {
189          Node v=g->tail(f);
190          if (!M[v] && (*flow)[f] > 0 ) {
191            queue.push(v);
192            M.set(v, true);
193          }
194        }
195      }
196    }
197
198
199    /// The unique inclusionwise maximum cut is computed by
200    /// processing a reverse bfs from t in the residual graph.
201    ///\pre flow have to be a max flow otherwise it will be empty.
202    template<typename _CutMap>
203    void maxMinCut(_CutMap& M) {
204
205      NodeIt v;
206      for(g->first(v) ; g->valid(v); g->next(v)) {
207        M.set(v, true);
208      }
209
210      std::queue<Node> queue;
211     
212      M.set(t,false);       
213      queue.push(t);
214
215      while (!queue.empty()) {
216        Node w=queue.front();
217        queue.pop();
218
219
220        InEdgeIt e;
221        for(g->first(e,w) ; g->valid(e); g->next(e)) {
222          Node v=g->tail(e);
223          if (M[v] && (*flow)[e] < (*capacity)[e] ) {
224            queue.push(v);
225            M.set(v, false);
226          }
227        }
228       
229        OutEdgeIt f;
230        for(g->first(f,w) ; g->valid(f); g->next(f)) {
231          Node v=g->head(f);
232          if (M[v] && (*flow)[f] > 0 ) {
233            queue.push(v);
234            M.set(v, false);
235          }
236        }
237      }
238    }
239
240
241    /// A minimum cut is computed.
242    template<typename CutMap>
243    void minCut(CutMap& M) { minMinCut(M); }
244
245    ///
246    void resetSource(Node _s) {s=_s;}
247    ///
248    void resetTarget(Node _t) {t=_t;}
249   
250    /// capacity-map is changed.
251    void resetCap(const CapMap& _cap) { capacity=&_cap; }
252   
253    /// flow-map is changed.
254    void resetFlow(FlowMap& _flow) { flow=&_flow; }
255
256
257  private:
258
259    int push(Node w, VecStack& active) {
260     
261      int lev=level[w];
262      Num exc=excess[w];
263      int newlevel=n;       //bound on the next level of w
264         
265      OutEdgeIt e;
266      for(g->first(e,w); g->valid(e); g->next(e)) {
267           
268        if ( (*flow)[e] >= (*capacity)[e] ) continue;
269        Node v=g->head(e);           
270           
271        if( lev > level[v] ) { //Push is allowed now
272         
273          if ( excess[v]<=0 && v!=t && v!=s ) {
274            int lev_v=level[v];
275            active[lev_v].push(v);
276          }
277         
278          Num cap=(*capacity)[e];
279          Num flo=(*flow)[e];
280          Num remcap=cap-flo;
281         
282          if ( remcap >= exc ) { //A nonsaturating push.
283           
284            flow->set(e, flo+exc);
285            excess.set(v, excess[v]+exc);
286            exc=0;
287            break;
288           
289          } else { //A saturating push.
290            flow->set(e, cap);
291            excess.set(v, excess[v]+remcap);
292            exc-=remcap;
293          }
294        } else if ( newlevel > level[v] ) newlevel = level[v];
295      } //for out edges wv
296     
297      if ( exc > 0 ) { 
298        InEdgeIt e;
299        for(g->first(e,w); g->valid(e); g->next(e)) {
300         
301          if( (*flow)[e] <= 0 ) continue;
302          Node v=g->tail(e);
303         
304          if( lev > level[v] ) { //Push is allowed now
305           
306            if ( excess[v]<=0 && v!=t && v!=s ) {
307              int lev_v=level[v];
308              active[lev_v].push(v);
309            }
310           
311            Num flo=(*flow)[e];
312           
313            if ( flo >= exc ) { //A nonsaturating push.
314             
315              flow->set(e, flo-exc);
316              excess.set(v, excess[v]+exc);
317              exc=0;
318              break;
319            } else {  //A saturating push.
320             
321              excess.set(v, excess[v]+flo);
322              exc-=flo;
323              flow->set(e,0);
324            } 
325          } else if ( newlevel > level[v] ) newlevel = level[v];
326        } //for in edges vw
327       
328      } // if w still has excess after the out edge for cycle
329     
330      excess.set(w, exc);
331     
332      return newlevel;
333    }
334
335
336    void preflowPreproc ( flowEnum fe, VecStack& active,
337                          VecNode& level_list, NNMap& left, NNMap& right ) {
338
339                            std::queue<Node> bfs_queue;
340     
341                            switch ( fe ) {
342                            case ZERO_FLOW:
343                              {
344                                //Reverse_bfs from t, to find the starting level.
345                                level.set(t,0);
346                                bfs_queue.push(t);
347       
348                                while (!bfs_queue.empty()) {
349           
350                                  Node v=bfs_queue.front();     
351                                  bfs_queue.pop();
352                                  int l=level[v]+1;
353           
354                                  InEdgeIt e;
355                                  for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
356                                    Node w=g->tail(e);
357                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
358                                      bfs_queue.push(w);
359                                      Node first=level_list[l];
360                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
361                                      right.set(w,first);
362                                      level_list[l]=w;
363                                      level.set(w, l);
364                                    }
365                                  }
366                                }
367         
368                                //the starting flow
369                                OutEdgeIt e;
370                                for(g->first(e,s); g->valid(e); g->next(e))
371                                  {
372                                    Num c=(*capacity)[e];
373                                    if ( c <= 0 ) continue;
374                                    Node w=g->head(e);
375                                    if ( level[w] < n ) {         
376                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
377                                      flow->set(e, c);
378                                      excess.set(w, excess[w]+c);
379                                    }
380                                  }
381                                break;
382                              }
383       
384                            case GEN_FLOW:
385                            case PREFLOW:
386                              {
387                                //Reverse_bfs from t in the residual graph,
388                                //to find the starting level.
389                                level.set(t,0);
390                                bfs_queue.push(t);
391         
392                                while (!bfs_queue.empty()) {
393           
394                                  Node v=bfs_queue.front();     
395                                  bfs_queue.pop();
396                                  int l=level[v]+1;
397           
398                                  InEdgeIt e;
399                                  for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
400                                    if ( (*capacity)[e] <= (*flow)[e] ) continue;
401                                    Node w=g->tail(e);
402                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
403                                      bfs_queue.push(w);
404                                      Node first=level_list[l];
405                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
406                                      right.set(w,first);
407                                      level_list[l]=w;
408                                      level.set(w, l);
409                                    }
410                                  }
411           
412                                  OutEdgeIt f;
413                                  for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) {
414                                    if ( 0 >= (*flow)[f] ) continue;
415                                    Node w=g->head(f);
416                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
417                                      bfs_queue.push(w);
418                                      Node first=level_list[l];
419                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
420                                      right.set(w,first);
421                                      level_list[l]=w;
422                                      level.set(w, l);
423                                    }
424                                  }
425                                }
426         
427         
428                                //the starting flow
429                                OutEdgeIt e;
430                                for(g->first(e,s); g->valid(e); g->next(e))
431                                  {
432                                    Num rem=(*capacity)[e]-(*flow)[e];
433                                    if ( rem <= 0 ) continue;
434                                    Node w=g->head(e);
435                                    if ( level[w] < n ) {         
436                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
437                                      flow->set(e, (*capacity)[e]);
438                                      excess.set(w, excess[w]+rem);
439                                    }
440                                  }
441         
442                                InEdgeIt f;
443                                for(g->first(f,s); g->valid(f); g->next(f))
444                                  {
445                                    if ( (*flow)[f] <= 0 ) continue;
446                                    Node w=g->tail(f);
447                                    if ( level[w] < n ) {         
448                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
449                                      excess.set(w, excess[w]+(*flow)[f]);
450                                      flow->set(f, 0);
451                                    }
452                                  } 
453                                break;
454                              } //case PREFLOW
455                            }
456                          } //preflowPreproc
457
458
459
460    void relabel(Node w, int newlevel, VecStack& active, 
461                 VecNode& level_list, NNMap& left,
462                 NNMap& right, int& b, int& k, bool what_heur )
463    {
464
465      Num lev=level[w];
466     
467      Node right_n=right[w];
468      Node left_n=left[w];
469     
470      //unlacing starts
471      if ( g->valid(right_n) ) {
472        if ( g->valid(left_n) ) {
473          right.set(left_n, right_n);
474          left.set(right_n, left_n);
475        } else {
476          level_list[lev]=right_n;   
477          left.set(right_n, INVALID);
478        }
479      } else {
480        if ( g->valid(left_n) ) {
481          right.set(left_n, INVALID);
482        } else {
483          level_list[lev]=INVALID;   
484        }
485      }
486      //unlacing ends
487               
488      if ( !g->valid(level_list[lev]) ) {
489             
490        //gapping starts
491        for (int i=lev; i!=k ; ) {
492          Node v=level_list[++i];
493          while ( g->valid(v) ) {
494            level.set(v,n);
495            v=right[v];
496          }
497          level_list[i]=INVALID;
498          if ( !what_heur ) {
499            while ( !active[i].empty() ) {
500              active[i].pop();    //FIXME: ezt szebben kene
501            }
502          }         
503        }
504       
505        level.set(w,n);
506        b=lev-1;
507        k=b;
508        //gapping ends
509       
510      } else {
511       
512        if ( newlevel == n ) level.set(w,n);
513        else {
514          level.set(w,++newlevel);
515          active[newlevel].push(w);
516          if ( what_heur ) b=newlevel;
517          if ( k < newlevel ) ++k;      //now k=newlevel
518          Node first=level_list[newlevel];
519          if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
520          right.set(w,first);
521          left.set(w,INVALID);
522          level_list[newlevel]=w;
523        }
524      }
525     
526    } //relabel
527
528
529    template<typename MapGraphWrapper>
530    class DistanceMap {
531    protected:
532      const MapGraphWrapper* g;
533      typename MapGraphWrapper::template NodeMap<int> dist;
534    public:
535      DistanceMap(MapGraphWrapper& _g) : g(&_g), dist(*g, g->nodeNum()) { }
536      void set(const typename MapGraphWrapper::Node& n, int a) {
537        dist.set(n, a);
538      }
539      int operator[](const typename MapGraphWrapper::Node& n)
540      { return dist[n]; }
541      //       int get(const typename MapGraphWrapper::Node& n) const {
542      //        return dist[n]; }
543      //       bool get(const typename MapGraphWrapper::Edge& e) const {
544      //        return (dist.get(g->tail(e))<dist.get(g->head(e))); }
545      bool operator[](const typename MapGraphWrapper::Edge& e) const {
546        return (dist[g->tail(e)]<dist[g->head(e)]);
547      }
548    };
549   
550  };
551
552
553  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
554  void MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::preflowPhase0( flowEnum fe )
555  {
556     
557    int heur0=(int)(H0*n);  //time while running 'bound decrease'
558    int heur1=(int)(H1*n);  //time while running 'highest label'
559    int heur=heur1;         //starting time interval (#of relabels)
560    int numrelabel=0;
561     
562    bool what_heur=1;       
563    //It is 0 in case 'bound decrease' and 1 in case 'highest label'
564
565    bool end=false;     
566    //Needed for 'bound decrease', true means no active nodes are above bound b.
567
568    int k=n-2;  //bound on the highest level under n containing a node
569    int b=k;    //bound on the highest level under n of an active node
570     
571    VecStack active(n);
572     
573    NNMap left(*g, INVALID);
574    NNMap right(*g, INVALID);
575    VecNode level_list(n,INVALID);
576    //List of the nodes in level i<n, set to n.
577
578    NodeIt v;
579    for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) level.set(v,n);
580    //setting each node to level n
581     
582    switch ( fe ) {
583    case PREFLOW:
584      {
585        //counting the excess
586        NodeIt v;
587        for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) {
588          Num exc=0;
589         
590          InEdgeIt e;
591          for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) exc+=(*flow)[e];
592          OutEdgeIt f;
593          for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) exc-=(*flow)[f];
594           
595          excess.set(v,exc);     
596           
597          //putting the active nodes into the stack
598          int lev=level[v];
599          if ( exc > 0 && lev < n && v != t ) active[lev].push(v);
600        }
601        break;
602      }
603    case GEN_FLOW:
604      {
605        //Counting the excess of t
606        Num exc=0;
607         
608        InEdgeIt e;
609        for(g->first(e,t); g->valid(e); g->next(e)) exc+=(*flow)[e];
610        OutEdgeIt f;
611        for(g->first(f,t); g->valid(f); g->next(f)) exc-=(*flow)[f];
612         
613        excess.set(t,exc);     
614         
615        break;
616      }
617    default:
618      break;
619    }
620     
621    preflowPreproc( fe, active, level_list, left, right );
622    //End of preprocessing
623     
624     
625    //Push/relabel on the highest level active nodes.
626    while ( true ) {
627      if ( b == 0 ) {
628        if ( !what_heur && !end && k > 0 ) {
629          b=k;
630          end=true;
631        } else break;
632      }
633       
634      if ( active[b].empty() ) --b;
635      else {
636        end=false; 
637        Node w=active[b].top();
638        active[b].pop();
639        int newlevel=push(w,active);
640        if ( excess[w] > 0 ) relabel(w, newlevel, active, level_list,
641                                     left, right, b, k, what_heur);
642         
643        ++numrelabel;
644        if ( numrelabel >= heur ) {
645          numrelabel=0;
646          if ( what_heur ) {
647            what_heur=0;
648            heur=heur0;
649            end=false;
650          } else {
651            what_heur=1;
652            heur=heur1;
653            b=k;
654          }
655        }
656      }
657    }
658  }
659
660
661
662  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
663  void MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::preflowPhase1()
664  {
665     
666    int k=n-2;  //bound on the highest level under n containing a node
667    int b=k;    //bound on the highest level under n of an active node
668     
669    VecStack active(n);
670    level.set(s,0);
671    std::queue<Node> bfs_queue;
672    bfs_queue.push(s);
673           
674    while (!bfs_queue.empty()) {
675       
676      Node v=bfs_queue.front();
677      bfs_queue.pop();
678      int l=level[v]+1;
679             
680      InEdgeIt e;
681      for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
682        if ( (*capacity)[e] <= (*flow)[e] ) continue;
683        Node u=g->tail(e);
684        if ( level[u] >= n ) {
685          bfs_queue.push(u);
686          level.set(u, l);
687          if ( excess[u] > 0 ) active[l].push(u);
688        }
689      }
690       
691      OutEdgeIt f;
692      for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) {
693        if ( 0 >= (*flow)[f] ) continue;
694        Node u=g->head(f);
695        if ( level[u] >= n ) {
696          bfs_queue.push(u);
697          level.set(u, l);
698          if ( excess[u] > 0 ) active[l].push(u);
699        }
700      }
701    }
702    b=n-2;
703
704    while ( true ) {
705       
706      if ( b == 0 ) break;
707
708      if ( active[b].empty() ) --b;
709      else {
710        Node w=active[b].top();
711        active[b].pop();
712        int newlevel=push(w,active);     
713
714        //relabel
715        if ( excess[w] > 0 ) {
716          level.set(w,++newlevel);
717          active[newlevel].push(w);
718          b=newlevel;
719        }
720      }  // if stack[b] is nonempty
721    } // while(true)
722  }
723
724
725
726  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
727  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnShortestPath()
728  {
729    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
730    bool _augment=false;
731     
732    //ReachedMap level(res_graph);
733    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
734    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
735    bfs.pushAndSetReached(s);
736       
737    typename ResGW::template NodeMap<ResGWEdge> pred(res_graph);
738    pred.set(s, INVALID);
739     
740    typename ResGW::template NodeMap<Num> free(res_graph);
741       
742    //searching for augmenting path
743    while ( !bfs.finished() ) {
744      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
745      if (res_graph.valid(e) && bfs.isBNodeNewlyReached()) {
746        Node v=res_graph.tail(e);
747        Node w=res_graph.head(e);
748        pred.set(w, e);
749        if (res_graph.valid(pred[v])) {
750          free.set(w, std::min(free[v], res_graph.resCap(e)));
751        } else {
752          free.set(w, res_graph.resCap(e));
753        }
754        if (res_graph.head(e)==t) { _augment=true; break; }
755      }
756       
757      ++bfs;
758    } //end of searching augmenting path
759
760    if (_augment) {
761      Node n=t;
762      Num augment_value=free[t];
763      while (res_graph.valid(pred[n])) {
764        ResGWEdge e=pred[n];
765        res_graph.augment(e, augment_value);
766        n=res_graph.tail(e);
767      }
768    }
769
770    return _augment;
771  }
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
782  template<typename MutableGraph>
783  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnBlockingFlow()
784  {     
785    typedef MutableGraph MG;
786    bool _augment=false;
787
788    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
789
790    //bfs for distances on the residual graph
791    //ReachedMap level(res_graph);
792    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
793    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
794    bfs.pushAndSetReached(s);
795    typename ResGW::template NodeMap<int>
796      dist(res_graph); //filled up with 0's
797
798    //F will contain the physical copy of the residual graph
799    //with the set of edges which are on shortest paths
800    MG F;
801    typename ResGW::template NodeMap<typename MG::Node>
802      res_graph_to_F(res_graph);
803    {
804      typename ResGW::NodeIt n;
805      for(res_graph.first(n); res_graph.valid(n); res_graph.next(n)) {
806        res_graph_to_F.set(n, F.addNode());
807      }
808    }
809
810    typename MG::Node sF=res_graph_to_F[s];
811    typename MG::Node tF=res_graph_to_F[t];
812    typename MG::template EdgeMap<ResGWEdge> original_edge(F);
813    typename MG::template EdgeMap<Num> residual_capacity(F);
814
815    while ( !bfs.finished() ) {
816      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
817      if (res_graph.valid(e)) {
818        if (bfs.isBNodeNewlyReached()) {
819          dist.set(res_graph.head(e), dist[res_graph.tail(e)]+1);
820          typename MG::Edge f=F.addEdge(res_graph_to_F[res_graph.tail(e)], res_graph_to_F[res_graph.head(e)]);
821          original_edge.update();
822          original_edge.set(f, e);
823          residual_capacity.update();
824          residual_capacity.set(f, res_graph.resCap(e));
825        } else {
826          if (dist[res_graph.head(e)]==(dist[res_graph.tail(e)]+1)) {
827            typename MG::Edge f=F.addEdge(res_graph_to_F[res_graph.tail(e)], res_graph_to_F[res_graph.head(e)]);
828            original_edge.update();
829            original_edge.set(f, e);
830            residual_capacity.update();
831            residual_capacity.set(f, res_graph.resCap(e));
832          }
833        }
834      }
835      ++bfs;
836    } //computing distances from s in the residual graph
837
838    bool __augment=true;
839
840    while (__augment) {
841      __augment=false;
842      //computing blocking flow with dfs
843      DfsIterator< MG, typename MG::template NodeMap<bool> > dfs(F);
844      typename MG::template NodeMap<typename MG::Edge> pred(F);
845      pred.set(sF, INVALID);
846      //invalid iterators for sources
847
848      typename MG::template NodeMap<Num> free(F);
849
850      dfs.pushAndSetReached(sF);     
851      while (!dfs.finished()) {
852        ++dfs;
853        if (F.valid(/*typename MG::OutEdgeIt*/(dfs))) {
854          if (dfs.isBNodeNewlyReached()) {
855            typename MG::Node v=F.aNode(dfs);
856            typename MG::Node w=F.bNode(dfs);
857            pred.set(w, dfs);
858            if (F.valid(pred[v])) {
859              free.set(w, std::min(free[v], residual_capacity[dfs]));
860            } else {
861              free.set(w, residual_capacity[dfs]);
862            }
863            if (w==tF) {
864              __augment=true;
865              _augment=true;
866              break;
867            }
868             
869          } else {
870            F.erase(/*typename MG::OutEdgeIt*/(dfs));
871          }
872        }
873      }
874
875      if (__augment) {
876        typename MG::Node n=tF;
877        Num augment_value=free[tF];
878        while (F.valid(pred[n])) {
879          typename MG::Edge e=pred[n];
880          res_graph.augment(original_edge[e], augment_value);
881          n=F.tail(e);
882          if (residual_capacity[e]==augment_value)
883            F.erase(e);
884          else
885            residual_capacity.set(e, residual_capacity[e]-augment_value);
886        }
887      }
888       
889    }
890           
891    return _augment;
892  }
893
894
895
896
897
898
899  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
900  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnBlockingFlow2()
901  {
902    bool _augment=false;
903
904    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
905     
906    //ReachedMap level(res_graph);
907    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
908    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
909
910    bfs.pushAndSetReached(s);
911    DistanceMap<ResGW> dist(res_graph);
912    while ( !bfs.finished() ) {
913      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
914      if (res_graph.valid(e) && bfs.isBNodeNewlyReached()) {
915        dist.set(res_graph.head(e), dist[res_graph.tail(e)]+1);
916      }
917      ++bfs;
918    } //computing distances from s in the residual graph
919
920      //Subgraph containing the edges on some shortest paths
921    ConstMap<typename ResGW::Node, bool> true_map(true);
922    typedef SubGraphWrapper<ResGW, ConstMap<typename ResGW::Node, bool>,
923      DistanceMap<ResGW> > FilterResGW;
924    FilterResGW filter_res_graph(res_graph, true_map, dist);
925
926    //Subgraph, which is able to delete edges which are already
927    //met by the dfs
928    typename FilterResGW::template NodeMap<typename FilterResGW::OutEdgeIt>
929      first_out_edges(filter_res_graph);
930    typename FilterResGW::NodeIt v;
931    for(filter_res_graph.first(v); filter_res_graph.valid(v);
932        filter_res_graph.next(v))
933      {
934        typename FilterResGW::OutEdgeIt e;
935        filter_res_graph.first(e, v);
936        first_out_edges.set(v, e);
937      }
938    typedef ErasingFirstGraphWrapper<FilterResGW, typename FilterResGW::
939      template NodeMap<typename FilterResGW::OutEdgeIt> > ErasingResGW;
940    ErasingResGW erasing_res_graph(filter_res_graph, first_out_edges);
941
942    bool __augment=true;
943
944    while (__augment) {
945
946      __augment=false;
947      //computing blocking flow with dfs
948      DfsIterator< ErasingResGW,
949        typename ErasingResGW::template NodeMap<bool> >
950        dfs(erasing_res_graph);
951      typename ErasingResGW::
952        template NodeMap<typename ErasingResGW::OutEdgeIt>
953        pred(erasing_res_graph);
954      pred.set(s, INVALID);
955      //invalid iterators for sources
956
957      typename ErasingResGW::template NodeMap<Num>
958        free1(erasing_res_graph);
959
960      dfs.pushAndSetReached(
961                            typename ErasingResGW::Node(
962                                                        typename FilterResGW::Node(
963                                                                                   typename ResGW::Node(s)
964                                                                                   )
965                                                        )
966                            );
967      while (!dfs.finished()) {
968        ++dfs;
969        if (erasing_res_graph.valid(
970                                    typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs)))
971          {
972            if (dfs.isBNodeNewlyReached()) {
973         
974              typename ErasingResGW::Node v=erasing_res_graph.aNode(dfs);
975              typename ErasingResGW::Node w=erasing_res_graph.bNode(dfs);
976
977              pred.set(w, /*typename ErasingResGW::OutEdgeIt*/(dfs));
978              if (erasing_res_graph.valid(pred[v])) {
979                free1.set(w, std::min(free1[v], res_graph.resCap(
980                                                                 typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs))));
981              } else {
982                free1.set(w, res_graph.resCap(
983                                              typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs)));
984              }
985             
986              if (w==t) {
987                __augment=true;
988                _augment=true;
989                break;
990              }
991            } else {
992              erasing_res_graph.erase(dfs);
993            }
994          }
995      }
996
997      if (__augment) {
998        typename ErasingResGW::Node n=typename FilterResGW::Node(typename ResGW::Node(t));
999        //        typename ResGW::NodeMap<Num> a(res_graph);
1000        //        typename ResGW::Node b;
1001        //        Num j=a[b];
1002        //        typename FilterResGW::NodeMap<Num> a1(filter_res_graph);
1003        //        typename FilterResGW::Node b1;
1004        //        Num j1=a1[b1];
1005        //        typename ErasingResGW::NodeMap<Num> a2(erasing_res_graph);
1006        //        typename ErasingResGW::Node b2;
1007        //        Num j2=a2[b2];
1008        Num augment_value=free1[n];
1009        while (erasing_res_graph.valid(pred[n])) {
1010          typename ErasingResGW::OutEdgeIt e=pred[n];
1011          res_graph.augment(e, augment_value);
1012          n=erasing_res_graph.tail(e);
1013          if (res_graph.resCap(e)==0)
1014            erasing_res_graph.erase(e);
1015        }
1016      }
1017     
1018    } //while (__augment)
1019           
1020    return _augment;
1021  }
1022
1023
1024
1025
1026} //namespace hugo
1027
1028#endif //HUGO_MAX_FLOW_H
1029
1030
1031
1032
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.