COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon-0.x/src/work/jacint/max_flow.h @ 487:11ad69691d18

Last change on this file since 487:11ad69691d18 was 487:11ad69691d18, checked in by marci, 17 years ago

some documentation

File size: 26.6 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    ///\todo Document this
91    enum flowEnum{
92      ZERO_FLOW=0,
93      GEN_FLOW=1,
94      PREFLOW=2
95    };
96
97    MaxFlow(const Graph& _G, Node _s, Node _t, const CapMap& _capacity,
98            FlowMap& _flow) :
99      g(&_G), s(_s), t(_t), capacity(&_capacity),
100      flow(&_flow), n(_G.nodeNum()), level(_G), excess(_G,0) {}
101
102    /// A max flow algorithm is run.
103    ///\pre the flow have to be 0 at the beginning.
104    void run() {
105      preflow( ZERO_FLOW );
106    }
107   
108    /// A preflow algorithm is run.
109    ///\pre The initial edge-map have to be a
110    /// zero flow if \c fe is \c ZERO_FLOW,
111    /// a flow if \c fe is \c GEN_FLOW,
112    /// and a pre-flow it is \c PREFLOW.
113    void preflow( flowEnum fe ) {
114      preflowPhase0(fe);
115      preflowPhase1();
116    }
117
118    /// Run the first phase of preflow, starting from a 0 flow, from a flow,
119    /// or from a preflow, according to \c fe.
120    void preflowPhase0( flowEnum fe );
121
122    /// Second phase of preflow.
123    void preflowPhase1();
124
125    /// Starting from a flow, this method searches for an augmenting path
126    /// according to the Edmonds-Karp algorithm
127    /// and augments the flow on if any.
128    /// The return value shows if the augmentation was succesful.
129    bool augmentOnShortestPath();
130
131    /// Starting from a flow, this method searches for an augmenting blockin
132    /// flow according to Dinits' algorithm and augments the flow on if any.
133    /// The blocking flow is computed in a physically constructed
134    /// residual graph of type \c Mutablegraph.
135    /// The return value show sif the augmentation was succesful.
136    template<typename MutableGraph> bool augmentOnBlockingFlow();
137
138    /// The same as \c augmentOnBlockingFlow<MutableGraph> but the
139    /// residual graph is not constructed physically.
140    /// The return value shows if the augmentation was succesful.
141    bool augmentOnBlockingFlow2();
142
143    /// Returns the actual flow value.
144    /// More precisely, it returns the negative excess of s, thus
145    /// this works also for preflows.
146    Num flowValue() {
147      Num a=0;
148      FOR_EACH_INC_LOC(OutEdgeIt, e, *g, s) a+=(*flow)[e];
149      FOR_EACH_INC_LOC(InEdgeIt, e, *g, s) a-=(*flow)[e];
150      return a;
151    }
152
153    /// Should be used between preflowPhase0 and preflowPhase1.
154    ///\todo We have to make some status variable which shows the actual state
155    /// of the class. This enables us to determine which methods are valid
156    /// for MinCut computation
157    template<typename _CutMap>
158    void actMinCut(_CutMap& M) {
159      NodeIt v;
160      for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) {
161        if ( level[v] < n ) {
162          M.set(v,false);
163        } else {
164          M.set(v,true);
165        }
166      }
167    }
168
169    /// The unique inclusionwise minimum cut is computed by
170    /// processing a bfs from s in the residual graph.
171    ///\pre flow have to be a max flow otherwise it will the whole node-set.
172    template<typename _CutMap>
173    void minMinCut(_CutMap& M) {
174   
175      std::queue<Node> queue;
176     
177      M.set(s,true);     
178      queue.push(s);
179
180      while (!queue.empty()) {
181        Node w=queue.front();
182        queue.pop();
183
184        OutEdgeIt e;
185        for(g->first(e,w) ; g->valid(e); g->next(e)) {
186          Node v=g->head(e);
187          if (!M[v] && (*flow)[e] < (*capacity)[e] ) {
188            queue.push(v);
189            M.set(v, true);
190          }
191        }
192
193        InEdgeIt f;
194        for(g->first(f,w) ; g->valid(f); g->next(f)) {
195          Node v=g->tail(f);
196          if (!M[v] && (*flow)[f] > 0 ) {
197            queue.push(v);
198            M.set(v, true);
199          }
200        }
201      }
202    }
203
204
205    /// The unique inclusionwise maximum cut is computed by
206    /// processing a reverse bfs from t in the residual graph.
207    ///\pre flow have to be a max flow otherwise it will be empty.
208    template<typename _CutMap>
209    void maxMinCut(_CutMap& M) {
210
211      NodeIt v;
212      for(g->first(v) ; g->valid(v); g->next(v)) {
213        M.set(v, true);
214      }
215
216      std::queue<Node> queue;
217     
218      M.set(t,false);       
219      queue.push(t);
220
221      while (!queue.empty()) {
222        Node w=queue.front();
223        queue.pop();
224
225
226        InEdgeIt e;
227        for(g->first(e,w) ; g->valid(e); g->next(e)) {
228          Node v=g->tail(e);
229          if (M[v] && (*flow)[e] < (*capacity)[e] ) {
230            queue.push(v);
231            M.set(v, false);
232          }
233        }
234       
235        OutEdgeIt f;
236        for(g->first(f,w) ; g->valid(f); g->next(f)) {
237          Node v=g->head(f);
238          if (M[v] && (*flow)[f] > 0 ) {
239            queue.push(v);
240            M.set(v, false);
241          }
242        }
243      }
244    }
245
246
247    /// A minimum cut is computed.
248    template<typename CutMap>
249    void minCut(CutMap& M) { minMinCut(M); }
250
251    ///
252    void resetSource(Node _s) { s=_s; }
253    ///
254    void resetTarget(Node _t) { t=_t; }
255   
256    /// capacity-map is changed.
257    void resetCap(const CapMap& _cap) { capacity=&_cap; }
258   
259    /// flow-map is changed.
260    void resetFlow(FlowMap& _flow) { flow=&_flow; }
261
262
263  private:
264
265    int push(Node w, VecStack& active) {
266     
267      int lev=level[w];
268      Num exc=excess[w];
269      int newlevel=n;       //bound on the next level of w
270         
271      OutEdgeIt e;
272      for(g->first(e,w); g->valid(e); g->next(e)) {
273           
274        if ( (*flow)[e] >= (*capacity)[e] ) continue;
275        Node v=g->head(e);           
276           
277        if( lev > level[v] ) { //Push is allowed now
278         
279          if ( excess[v]<=0 && v!=t && v!=s ) {
280            int lev_v=level[v];
281            active[lev_v].push(v);
282          }
283         
284          Num cap=(*capacity)[e];
285          Num flo=(*flow)[e];
286          Num remcap=cap-flo;
287         
288          if ( remcap >= exc ) { //A nonsaturating push.
289           
290            flow->set(e, flo+exc);
291            excess.set(v, excess[v]+exc);
292            exc=0;
293            break;
294           
295          } else { //A saturating push.
296            flow->set(e, cap);
297            excess.set(v, excess[v]+remcap);
298            exc-=remcap;
299          }
300        } else if ( newlevel > level[v] ) newlevel = level[v];
301      } //for out edges wv
302     
303      if ( exc > 0 ) { 
304        InEdgeIt e;
305        for(g->first(e,w); g->valid(e); g->next(e)) {
306         
307          if( (*flow)[e] <= 0 ) continue;
308          Node v=g->tail(e);
309         
310          if( lev > level[v] ) { //Push is allowed now
311           
312            if ( excess[v]<=0 && v!=t && v!=s ) {
313              int lev_v=level[v];
314              active[lev_v].push(v);
315            }
316           
317            Num flo=(*flow)[e];
318           
319            if ( flo >= exc ) { //A nonsaturating push.
320             
321              flow->set(e, flo-exc);
322              excess.set(v, excess[v]+exc);
323              exc=0;
324              break;
325            } else {  //A saturating push.
326             
327              excess.set(v, excess[v]+flo);
328              exc-=flo;
329              flow->set(e,0);
330            } 
331          } else if ( newlevel > level[v] ) newlevel = level[v];
332        } //for in edges vw
333       
334      } // if w still has excess after the out edge for cycle
335     
336      excess.set(w, exc);
337     
338      return newlevel;
339    }
340
341
342    void preflowPreproc ( flowEnum fe, VecStack& active,
343                          VecNode& level_list, NNMap& left, NNMap& right ) {
344
345                            std::queue<Node> bfs_queue;
346     
347                            switch ( fe ) {
348                            case ZERO_FLOW:
349                              {
350                                //Reverse_bfs from t, to find the starting level.
351                                level.set(t,0);
352                                bfs_queue.push(t);
353       
354                                while (!bfs_queue.empty()) {
355           
356                                  Node v=bfs_queue.front();     
357                                  bfs_queue.pop();
358                                  int l=level[v]+1;
359           
360                                  InEdgeIt e;
361                                  for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
362                                    Node w=g->tail(e);
363                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
364                                      bfs_queue.push(w);
365                                      Node first=level_list[l];
366                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
367                                      right.set(w,first);
368                                      level_list[l]=w;
369                                      level.set(w, l);
370                                    }
371                                  }
372                                }
373         
374                                //the starting flow
375                                OutEdgeIt e;
376                                for(g->first(e,s); g->valid(e); g->next(e))
377                                  {
378                                    Num c=(*capacity)[e];
379                                    if ( c <= 0 ) continue;
380                                    Node w=g->head(e);
381                                    if ( level[w] < n ) {         
382                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
383                                      flow->set(e, c);
384                                      excess.set(w, excess[w]+c);
385                                    }
386                                  }
387                                break;
388                              }
389       
390                            case GEN_FLOW:
391                            case PREFLOW:
392                              {
393                                //Reverse_bfs from t in the residual graph,
394                                //to find the starting level.
395                                level.set(t,0);
396                                bfs_queue.push(t);
397         
398                                while (!bfs_queue.empty()) {
399           
400                                  Node v=bfs_queue.front();     
401                                  bfs_queue.pop();
402                                  int l=level[v]+1;
403           
404                                  InEdgeIt e;
405                                  for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
406                                    if ( (*capacity)[e] <= (*flow)[e] ) continue;
407                                    Node w=g->tail(e);
408                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
409                                      bfs_queue.push(w);
410                                      Node first=level_list[l];
411                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
412                                      right.set(w,first);
413                                      level_list[l]=w;
414                                      level.set(w, l);
415                                    }
416                                  }
417           
418                                  OutEdgeIt f;
419                                  for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) {
420                                    if ( 0 >= (*flow)[f] ) continue;
421                                    Node w=g->head(f);
422                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
423                                      bfs_queue.push(w);
424                                      Node first=level_list[l];
425                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
426                                      right.set(w,first);
427                                      level_list[l]=w;
428                                      level.set(w, l);
429                                    }
430                                  }
431                                }
432         
433         
434                                //the starting flow
435                                OutEdgeIt e;
436                                for(g->first(e,s); g->valid(e); g->next(e))
437                                  {
438                                    Num rem=(*capacity)[e]-(*flow)[e];
439                                    if ( rem <= 0 ) continue;
440                                    Node w=g->head(e);
441                                    if ( level[w] < n ) {         
442                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
443                                      flow->set(e, (*capacity)[e]);
444                                      excess.set(w, excess[w]+rem);
445                                    }
446                                  }
447         
448                                InEdgeIt f;
449                                for(g->first(f,s); g->valid(f); g->next(f))
450                                  {
451                                    if ( (*flow)[f] <= 0 ) continue;
452                                    Node w=g->tail(f);
453                                    if ( level[w] < n ) {         
454                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
455                                      excess.set(w, excess[w]+(*flow)[f]);
456                                      flow->set(f, 0);
457                                    }
458                                  } 
459                                break;
460                              } //case PREFLOW
461                            }
462                          } //preflowPreproc
463
464
465
466    void relabel(Node w, int newlevel, VecStack& active, 
467                 VecNode& level_list, NNMap& left,
468                 NNMap& right, int& b, int& k, bool what_heur )
469    {
470
471      Num lev=level[w];
472     
473      Node right_n=right[w];
474      Node left_n=left[w];
475     
476      //unlacing starts
477      if ( g->valid(right_n) ) {
478        if ( g->valid(left_n) ) {
479          right.set(left_n, right_n);
480          left.set(right_n, left_n);
481        } else {
482          level_list[lev]=right_n;   
483          left.set(right_n, INVALID);
484        }
485      } else {
486        if ( g->valid(left_n) ) {
487          right.set(left_n, INVALID);
488        } else {
489          level_list[lev]=INVALID;   
490        }
491      }
492      //unlacing ends
493               
494      if ( !g->valid(level_list[lev]) ) {
495             
496        //gapping starts
497        for (int i=lev; i!=k ; ) {
498          Node v=level_list[++i];
499          while ( g->valid(v) ) {
500            level.set(v,n);
501            v=right[v];
502          }
503          level_list[i]=INVALID;
504          if ( !what_heur ) {
505            while ( !active[i].empty() ) {
506              active[i].pop();    //FIXME: ezt szebben kene
507            }
508          }         
509        }
510       
511        level.set(w,n);
512        b=lev-1;
513        k=b;
514        //gapping ends
515       
516      } else {
517       
518        if ( newlevel == n ) level.set(w,n);
519        else {
520          level.set(w,++newlevel);
521          active[newlevel].push(w);
522          if ( what_heur ) b=newlevel;
523          if ( k < newlevel ) ++k;      //now k=newlevel
524          Node first=level_list[newlevel];
525          if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
526          right.set(w,first);
527          left.set(w,INVALID);
528          level_list[newlevel]=w;
529        }
530      }
531     
532    } //relabel
533
534
535    template<typename MapGraphWrapper>
536    class DistanceMap {
537    protected:
538      const MapGraphWrapper* g;
539      typename MapGraphWrapper::template NodeMap<int> dist;
540    public:
541      DistanceMap(MapGraphWrapper& _g) : g(&_g), dist(*g, g->nodeNum()) { }
542      void set(const typename MapGraphWrapper::Node& n, int a) {
543        dist.set(n, a);
544      }
545      int operator[](const typename MapGraphWrapper::Node& n)
546      { return dist[n]; }
547      //       int get(const typename MapGraphWrapper::Node& n) const {
548      //        return dist[n]; }
549      //       bool get(const typename MapGraphWrapper::Edge& e) const {
550      //        return (dist.get(g->tail(e))<dist.get(g->head(e))); }
551      bool operator[](const typename MapGraphWrapper::Edge& e) const {
552        return (dist[g->tail(e)]<dist[g->head(e)]);
553      }
554    };
555   
556  };
557
558
559  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
560  void MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::preflowPhase0( flowEnum fe )
561  {
562     
563    int heur0=(int)(H0*n);  //time while running 'bound decrease'
564    int heur1=(int)(H1*n);  //time while running 'highest label'
565    int heur=heur1;         //starting time interval (#of relabels)
566    int numrelabel=0;
567     
568    bool what_heur=1;       
569    //It is 0 in case 'bound decrease' and 1 in case 'highest label'
570
571    bool end=false;     
572    //Needed for 'bound decrease', true means no active nodes are above bound b.
573
574    int k=n-2;  //bound on the highest level under n containing a node
575    int b=k;    //bound on the highest level under n of an active node
576     
577    VecStack active(n);
578     
579    NNMap left(*g, INVALID);
580    NNMap right(*g, INVALID);
581    VecNode level_list(n,INVALID);
582    //List of the nodes in level i<n, set to n.
583
584    NodeIt v;
585    for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) level.set(v,n);
586    //setting each node to level n
587     
588    switch ( fe ) {
589    case PREFLOW:
590      {
591        //counting the excess
592        NodeIt v;
593        for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) {
594          Num exc=0;
595         
596          InEdgeIt e;
597          for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) exc+=(*flow)[e];
598          OutEdgeIt f;
599          for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) exc-=(*flow)[f];
600           
601          excess.set(v,exc);     
602           
603          //putting the active nodes into the stack
604          int lev=level[v];
605          if ( exc > 0 && lev < n && v != t ) active[lev].push(v);
606        }
607        break;
608      }
609    case GEN_FLOW:
610      {
611        //Counting the excess of t
612        Num exc=0;
613         
614        InEdgeIt e;
615        for(g->first(e,t); g->valid(e); g->next(e)) exc+=(*flow)[e];
616        OutEdgeIt f;
617        for(g->first(f,t); g->valid(f); g->next(f)) exc-=(*flow)[f];
618         
619        excess.set(t,exc);     
620         
621        break;
622      }
623    default:
624      break;
625    }
626     
627    preflowPreproc( fe, active, level_list, left, right );
628    //End of preprocessing
629     
630     
631    //Push/relabel on the highest level active nodes.
632    while ( true ) {
633      if ( b == 0 ) {
634        if ( !what_heur && !end && k > 0 ) {
635          b=k;
636          end=true;
637        } else break;
638      }
639       
640      if ( active[b].empty() ) --b;
641      else {
642        end=false; 
643        Node w=active[b].top();
644        active[b].pop();
645        int newlevel=push(w,active);
646        if ( excess[w] > 0 ) relabel(w, newlevel, active, level_list,
647                                     left, right, b, k, what_heur);
648         
649        ++numrelabel;
650        if ( numrelabel >= heur ) {
651          numrelabel=0;
652          if ( what_heur ) {
653            what_heur=0;
654            heur=heur0;
655            end=false;
656          } else {
657            what_heur=1;
658            heur=heur1;
659            b=k;
660          }
661        }
662      }
663    }
664  }
665
666
667
668  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
669  void MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::preflowPhase1()
670  {
671     
672    int k=n-2;  //bound on the highest level under n containing a node
673    int b=k;    //bound on the highest level under n of an active node
674     
675    VecStack active(n);
676    level.set(s,0);
677    std::queue<Node> bfs_queue;
678    bfs_queue.push(s);
679           
680    while (!bfs_queue.empty()) {
681       
682      Node v=bfs_queue.front();
683      bfs_queue.pop();
684      int l=level[v]+1;
685             
686      InEdgeIt e;
687      for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
688        if ( (*capacity)[e] <= (*flow)[e] ) continue;
689        Node u=g->tail(e);
690        if ( level[u] >= n ) {
691          bfs_queue.push(u);
692          level.set(u, l);
693          if ( excess[u] > 0 ) active[l].push(u);
694        }
695      }
696       
697      OutEdgeIt f;
698      for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) {
699        if ( 0 >= (*flow)[f] ) continue;
700        Node u=g->head(f);
701        if ( level[u] >= n ) {
702          bfs_queue.push(u);
703          level.set(u, l);
704          if ( excess[u] > 0 ) active[l].push(u);
705        }
706      }
707    }
708    b=n-2;
709
710    while ( true ) {
711       
712      if ( b == 0 ) break;
713
714      if ( active[b].empty() ) --b;
715      else {
716        Node w=active[b].top();
717        active[b].pop();
718        int newlevel=push(w,active);     
719
720        //relabel
721        if ( excess[w] > 0 ) {
722          level.set(w,++newlevel);
723          active[newlevel].push(w);
724          b=newlevel;
725        }
726      }  // if stack[b] is nonempty
727    } // while(true)
728  }
729
730
731
732  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
733  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnShortestPath()
734  {
735    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
736    bool _augment=false;
737     
738    //ReachedMap level(res_graph);
739    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
740    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
741    bfs.pushAndSetReached(s);
742       
743    typename ResGW::template NodeMap<ResGWEdge> pred(res_graph);
744    pred.set(s, INVALID);
745     
746    typename ResGW::template NodeMap<Num> free(res_graph);
747       
748    //searching for augmenting path
749    while ( !bfs.finished() ) {
750      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
751      if (res_graph.valid(e) && bfs.isBNodeNewlyReached()) {
752        Node v=res_graph.tail(e);
753        Node w=res_graph.head(e);
754        pred.set(w, e);
755        if (res_graph.valid(pred[v])) {
756          free.set(w, std::min(free[v], res_graph.resCap(e)));
757        } else {
758          free.set(w, res_graph.resCap(e));
759        }
760        if (res_graph.head(e)==t) { _augment=true; break; }
761      }
762       
763      ++bfs;
764    } //end of searching augmenting path
765
766    if (_augment) {
767      Node n=t;
768      Num augment_value=free[t];
769      while (res_graph.valid(pred[n])) {
770        ResGWEdge e=pred[n];
771        res_graph.augment(e, augment_value);
772        n=res_graph.tail(e);
773      }
774    }
775
776    return _augment;
777  }
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
788  template<typename MutableGraph>
789  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnBlockingFlow()
790  {     
791    typedef MutableGraph MG;
792    bool _augment=false;
793
794    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
795
796    //bfs for distances on the residual graph
797    //ReachedMap level(res_graph);
798    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
799    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
800    bfs.pushAndSetReached(s);
801    typename ResGW::template NodeMap<int>
802      dist(res_graph); //filled up with 0's
803
804    //F will contain the physical copy of the residual graph
805    //with the set of edges which are on shortest paths
806    MG F;
807    typename ResGW::template NodeMap<typename MG::Node>
808      res_graph_to_F(res_graph);
809    {
810      typename ResGW::NodeIt n;
811      for(res_graph.first(n); res_graph.valid(n); res_graph.next(n)) {
812        res_graph_to_F.set(n, F.addNode());
813      }
814    }
815
816    typename MG::Node sF=res_graph_to_F[s];
817    typename MG::Node tF=res_graph_to_F[t];
818    typename MG::template EdgeMap<ResGWEdge> original_edge(F);
819    typename MG::template EdgeMap<Num> residual_capacity(F);
820
821    while ( !bfs.finished() ) {
822      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
823      if (res_graph.valid(e)) {
824        if (bfs.isBNodeNewlyReached()) {
825          dist.set(res_graph.head(e), dist[res_graph.tail(e)]+1);
826          typename MG::Edge f=F.addEdge(res_graph_to_F[res_graph.tail(e)], res_graph_to_F[res_graph.head(e)]);
827          original_edge.update();
828          original_edge.set(f, e);
829          residual_capacity.update();
830          residual_capacity.set(f, res_graph.resCap(e));
831        } else {
832          if (dist[res_graph.head(e)]==(dist[res_graph.tail(e)]+1)) {
833            typename MG::Edge f=F.addEdge(res_graph_to_F[res_graph.tail(e)], res_graph_to_F[res_graph.head(e)]);
834            original_edge.update();
835            original_edge.set(f, e);
836            residual_capacity.update();
837            residual_capacity.set(f, res_graph.resCap(e));
838          }
839        }
840      }
841      ++bfs;
842    } //computing distances from s in the residual graph
843
844    bool __augment=true;
845
846    while (__augment) {
847      __augment=false;
848      //computing blocking flow with dfs
849      DfsIterator< MG, typename MG::template NodeMap<bool> > dfs(F);
850      typename MG::template NodeMap<typename MG::Edge> pred(F);
851      pred.set(sF, INVALID);
852      //invalid iterators for sources
853
854      typename MG::template NodeMap<Num> free(F);
855
856      dfs.pushAndSetReached(sF);     
857      while (!dfs.finished()) {
858        ++dfs;
859        if (F.valid(/*typename MG::OutEdgeIt*/(dfs))) {
860          if (dfs.isBNodeNewlyReached()) {
861            typename MG::Node v=F.aNode(dfs);
862            typename MG::Node w=F.bNode(dfs);
863            pred.set(w, dfs);
864            if (F.valid(pred[v])) {
865              free.set(w, std::min(free[v], residual_capacity[dfs]));
866            } else {
867              free.set(w, residual_capacity[dfs]);
868            }
869            if (w==tF) {
870              __augment=true;
871              _augment=true;
872              break;
873            }
874             
875          } else {
876            F.erase(/*typename MG::OutEdgeIt*/(dfs));
877          }
878        }
879      }
880
881      if (__augment) {
882        typename MG::Node n=tF;
883        Num augment_value=free[tF];
884        while (F.valid(pred[n])) {
885          typename MG::Edge e=pred[n];
886          res_graph.augment(original_edge[e], augment_value);
887          n=F.tail(e);
888          if (residual_capacity[e]==augment_value)
889            F.erase(e);
890          else
891            residual_capacity.set(e, residual_capacity[e]-augment_value);
892        }
893      }
894       
895    }
896           
897    return _augment;
898  }
899
900
901
902
903
904
905  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
906  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnBlockingFlow2()
907  {
908    bool _augment=false;
909
910    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
911     
912    //ReachedMap level(res_graph);
913    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
914    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
915
916    bfs.pushAndSetReached(s);
917    DistanceMap<ResGW> dist(res_graph);
918    while ( !bfs.finished() ) {
919      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
920      if (res_graph.valid(e) && bfs.isBNodeNewlyReached()) {
921        dist.set(res_graph.head(e), dist[res_graph.tail(e)]+1);
922      }
923      ++bfs;
924    } //computing distances from s in the residual graph
925
926      //Subgraph containing the edges on some shortest paths
927    ConstMap<typename ResGW::Node, bool> true_map(true);
928    typedef SubGraphWrapper<ResGW, ConstMap<typename ResGW::Node, bool>,
929      DistanceMap<ResGW> > FilterResGW;
930    FilterResGW filter_res_graph(res_graph, true_map, dist);
931
932    //Subgraph, which is able to delete edges which are already
933    //met by the dfs
934    typename FilterResGW::template NodeMap<typename FilterResGW::OutEdgeIt>
935      first_out_edges(filter_res_graph);
936    typename FilterResGW::NodeIt v;
937    for(filter_res_graph.first(v); filter_res_graph.valid(v);
938        filter_res_graph.next(v))
939      {
940        typename FilterResGW::OutEdgeIt e;
941        filter_res_graph.first(e, v);
942        first_out_edges.set(v, e);
943      }
944    typedef ErasingFirstGraphWrapper<FilterResGW, typename FilterResGW::
945      template NodeMap<typename FilterResGW::OutEdgeIt> > ErasingResGW;
946    ErasingResGW erasing_res_graph(filter_res_graph, first_out_edges);
947
948    bool __augment=true;
949
950    while (__augment) {
951
952      __augment=false;
953      //computing blocking flow with dfs
954      DfsIterator< ErasingResGW,
955        typename ErasingResGW::template NodeMap<bool> >
956        dfs(erasing_res_graph);
957      typename ErasingResGW::
958        template NodeMap<typename ErasingResGW::OutEdgeIt>
959        pred(erasing_res_graph);
960      pred.set(s, INVALID);
961      //invalid iterators for sources
962
963      typename ErasingResGW::template NodeMap<Num>
964        free1(erasing_res_graph);
965
966      dfs.pushAndSetReached(
967                            typename ErasingResGW::Node(
968                                                        typename FilterResGW::Node(
969                                                                                   typename ResGW::Node(s)
970                                                                                   )
971                                                        )
972                            );
973      while (!dfs.finished()) {
974        ++dfs;
975        if (erasing_res_graph.valid(
976                                    typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs)))
977          {
978            if (dfs.isBNodeNewlyReached()) {
979         
980              typename ErasingResGW::Node v=erasing_res_graph.aNode(dfs);
981              typename ErasingResGW::Node w=erasing_res_graph.bNode(dfs);
982
983              pred.set(w, /*typename ErasingResGW::OutEdgeIt*/(dfs));
984              if (erasing_res_graph.valid(pred[v])) {
985                free1.set(w, std::min(free1[v], res_graph.resCap(
986                                                                 typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs))));
987              } else {
988                free1.set(w, res_graph.resCap(
989                                              typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs)));
990              }
991             
992              if (w==t) {
993                __augment=true;
994                _augment=true;
995                break;
996              }
997            } else {
998              erasing_res_graph.erase(dfs);
999            }
1000          }
1001      }
1002
1003      if (__augment) {
1004        typename ErasingResGW::Node n=typename FilterResGW::Node(typename ResGW::Node(t));
1005        //        typename ResGW::NodeMap<Num> a(res_graph);
1006        //        typename ResGW::Node b;
1007        //        Num j=a[b];
1008        //        typename FilterResGW::NodeMap<Num> a1(filter_res_graph);
1009        //        typename FilterResGW::Node b1;
1010        //        Num j1=a1[b1];
1011        //        typename ErasingResGW::NodeMap<Num> a2(erasing_res_graph);
1012        //        typename ErasingResGW::Node b2;
1013        //        Num j2=a2[b2];
1014        Num augment_value=free1[n];
1015        while (erasing_res_graph.valid(pred[n])) {
1016          typename ErasingResGW::OutEdgeIt e=pred[n];
1017          res_graph.augment(e, augment_value);
1018          n=erasing_res_graph.tail(e);
1019          if (res_graph.resCap(e)==0)
1020            erasing_res_graph.erase(e);
1021        }
1022      }
1023     
1024    } //while (__augment)
1025           
1026    return _augment;
1027  }
1028
1029
1030
1031
1032} //namespace hugo
1033
1034#endif //HUGO_MAX_FLOW_H
1035
1036
1037
1038
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.