COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon-0.x/src/work/jacint/max_flow.h @ 488:32c3548ecc2a

Last change on this file since 488:32c3548ecc2a was 488:32c3548ecc2a, checked in by marci, 17 years ago

misc

File size: 26.7 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/// \file
53/// \brief Dimacs file format reader.
54
55namespace hugo {
56
57
58//  ///\author Marton Makai, Jacint Szabo
59  /// A class for computing max flows and related quantities.
60  template <typename Graph, typename Num,
61            typename CapMap=typename Graph::template EdgeMap<Num>,
62            typename FlowMap=typename Graph::template EdgeMap<Num> >
63  class MaxFlow {
64   
65    typedef typename Graph::Node Node;
66    typedef typename Graph::NodeIt NodeIt;
67    typedef typename Graph::OutEdgeIt OutEdgeIt;
68    typedef typename Graph::InEdgeIt InEdgeIt;
69
70    typedef typename std::vector<std::stack<Node> > VecStack;
71    typedef typename Graph::template NodeMap<Node> NNMap;
72    typedef typename std::vector<Node> VecNode;
73
74    const Graph* g;
75    Node s;
76    Node t;
77    const CapMap* capacity; 
78    FlowMap* flow;
79    int n;      //the number of nodes of G
80    typedef ResGraphWrapper<const Graph, Num, CapMap, FlowMap> ResGW;
81    typedef typename ResGW::OutEdgeIt ResGWOutEdgeIt;
82    typedef typename ResGW::Edge ResGWEdge;
83    //typedef typename ResGW::template NodeMap<bool> ReachedMap;
84    typedef typename Graph::template NodeMap<int> ReachedMap;
85    ReachedMap level;
86    //level works as a bool map in augmenting path algorithms
87    //and is used by bfs for storing reached information.
88    //In preflow, it shows levels of nodes.
89    //typename Graph::template NodeMap<int> level;   
90    typename Graph::template NodeMap<Num> excess;
91
92  public:
93 
94    ///\todo Document this
95    enum flowEnum{
96      ZERO_FLOW=0,
97      GEN_FLOW=1,
98      PREFLOW=2
99    };
100
101    MaxFlow(const Graph& _G, Node _s, Node _t, const CapMap& _capacity,
102            FlowMap& _flow) :
103      g(&_G), s(_s), t(_t), capacity(&_capacity),
104      flow(&_flow), n(_G.nodeNum()), level(_G), excess(_G,0) {}
105
106    /// A max flow algorithm is run.
107    ///\pre the flow have to be 0 at the beginning.
108    void run() {
109      preflow(ZERO_FLOW);
110    }
111   
112    /// A preflow algorithm is run.
113    ///\pre The initial edge-map have to be a
114    /// zero flow if \c fe is \c ZERO_FLOW,
115    /// a flow if \c fe is \c GEN_FLOW,
116    /// and a pre-flow it is \c PREFLOW.
117    void preflow(flowEnum fe) {
118      preflowPhase0(fe);
119      preflowPhase1();
120    }
121
122    /// Run the first phase of preflow, starting from a 0 flow, from a flow,
123    /// or from a preflow, according to \c fe.
124    void preflowPhase0( flowEnum fe );
125
126    /// Second phase of preflow.
127    void preflowPhase1();
128
129    /// Starting from a flow, this method searches for an augmenting path
130    /// according to the Edmonds-Karp algorithm
131    /// and augments the flow on if any.
132    /// The return value shows if the augmentation was succesful.
133    bool augmentOnShortestPath();
134
135    /// Starting from a flow, this method searches for an augmenting blockin
136    /// flow according to Dinits' algorithm and augments the flow on if any.
137    /// The blocking flow is computed in a physically constructed
138    /// residual graph of type \c Mutablegraph.
139    /// The return value show sif the augmentation was succesful.
140    template<typename MutableGraph> bool augmentOnBlockingFlow();
141
142    /// The same as \c augmentOnBlockingFlow<MutableGraph> but the
143    /// residual graph is not constructed physically.
144    /// The return value shows if the augmentation was succesful.
145    bool augmentOnBlockingFlow2();
146
147    /// Returns the actual flow value.
148    /// More precisely, it returns the negative excess of s, thus
149    /// this works also for preflows.
150    Num flowValue() {
151      Num a=0;
152      FOR_EACH_INC_LOC(OutEdgeIt, e, *g, s) a+=(*flow)[e];
153      FOR_EACH_INC_LOC(InEdgeIt, e, *g, s) a-=(*flow)[e];
154      return a;
155    }
156
157    /// Should be used between preflowPhase0 and preflowPhase1.
158    ///\todo We have to make some status variable which shows the actual state
159    /// of the class. This enables us to determine which methods are valid
160    /// for MinCut computation
161    template<typename _CutMap>
162    void actMinCut(_CutMap& M) {
163      NodeIt v;
164      for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) {
165        if ( level[v] < n ) {
166          M.set(v,false);
167        } else {
168          M.set(v,true);
169        }
170      }
171    }
172
173    /// The unique inclusionwise minimum cut is computed by
174    /// processing a bfs from s in the residual graph.
175    ///\pre flow have to be a max flow otherwise it will the whole node-set.
176    template<typename _CutMap>
177    void minMinCut(_CutMap& M) {
178   
179      std::queue<Node> queue;
180     
181      M.set(s,true);     
182      queue.push(s);
183
184      while (!queue.empty()) {
185        Node w=queue.front();
186        queue.pop();
187
188        OutEdgeIt e;
189        for(g->first(e,w) ; g->valid(e); g->next(e)) {
190          Node v=g->head(e);
191          if (!M[v] && (*flow)[e] < (*capacity)[e] ) {
192            queue.push(v);
193            M.set(v, true);
194          }
195        }
196
197        InEdgeIt f;
198        for(g->first(f,w) ; g->valid(f); g->next(f)) {
199          Node v=g->tail(f);
200          if (!M[v] && (*flow)[f] > 0 ) {
201            queue.push(v);
202            M.set(v, true);
203          }
204        }
205      }
206    }
207
208
209    /// The unique inclusionwise maximum cut is computed by
210    /// processing a reverse bfs from t in the residual graph.
211    ///\pre flow have to be a max flow otherwise it will be empty.
212    template<typename _CutMap>
213    void maxMinCut(_CutMap& M) {
214
215      NodeIt v;
216      for(g->first(v) ; g->valid(v); g->next(v)) {
217        M.set(v, true);
218      }
219
220      std::queue<Node> queue;
221     
222      M.set(t,false);       
223      queue.push(t);
224
225      while (!queue.empty()) {
226        Node w=queue.front();
227        queue.pop();
228
229
230        InEdgeIt e;
231        for(g->first(e,w) ; g->valid(e); g->next(e)) {
232          Node v=g->tail(e);
233          if (M[v] && (*flow)[e] < (*capacity)[e] ) {
234            queue.push(v);
235            M.set(v, false);
236          }
237        }
238       
239        OutEdgeIt f;
240        for(g->first(f,w) ; g->valid(f); g->next(f)) {
241          Node v=g->head(f);
242          if (M[v] && (*flow)[f] > 0 ) {
243            queue.push(v);
244            M.set(v, false);
245          }
246        }
247      }
248    }
249
250
251    /// A minimum cut is computed.
252    template<typename CutMap>
253    void minCut(CutMap& M) { minMinCut(M); }
254
255    ///
256    void resetSource(Node _s) { s=_s; }
257    ///
258    void resetTarget(Node _t) { t=_t; }
259   
260    /// capacity-map is changed.
261    void resetCap(const CapMap& _cap) { capacity=&_cap; }
262   
263    /// flow-map is changed.
264    void resetFlow(FlowMap& _flow) { flow=&_flow; }
265
266
267  private:
268
269    int push(Node w, VecStack& active) {
270     
271      int lev=level[w];
272      Num exc=excess[w];
273      int newlevel=n;       //bound on the next level of w
274         
275      OutEdgeIt e;
276      for(g->first(e,w); g->valid(e); g->next(e)) {
277           
278        if ( (*flow)[e] >= (*capacity)[e] ) continue;
279        Node v=g->head(e);           
280           
281        if( lev > level[v] ) { //Push is allowed now
282         
283          if ( excess[v]<=0 && v!=t && v!=s ) {
284            int lev_v=level[v];
285            active[lev_v].push(v);
286          }
287         
288          Num cap=(*capacity)[e];
289          Num flo=(*flow)[e];
290          Num remcap=cap-flo;
291         
292          if ( remcap >= exc ) { //A nonsaturating push.
293           
294            flow->set(e, flo+exc);
295            excess.set(v, excess[v]+exc);
296            exc=0;
297            break;
298           
299          } else { //A saturating push.
300            flow->set(e, cap);
301            excess.set(v, excess[v]+remcap);
302            exc-=remcap;
303          }
304        } else if ( newlevel > level[v] ) newlevel = level[v];
305      } //for out edges wv
306     
307      if ( exc > 0 ) { 
308        InEdgeIt e;
309        for(g->first(e,w); g->valid(e); g->next(e)) {
310         
311          if( (*flow)[e] <= 0 ) continue;
312          Node v=g->tail(e);
313         
314          if( lev > level[v] ) { //Push is allowed now
315           
316            if ( excess[v]<=0 && v!=t && v!=s ) {
317              int lev_v=level[v];
318              active[lev_v].push(v);
319            }
320           
321            Num flo=(*flow)[e];
322           
323            if ( flo >= exc ) { //A nonsaturating push.
324             
325              flow->set(e, flo-exc);
326              excess.set(v, excess[v]+exc);
327              exc=0;
328              break;
329            } else {  //A saturating push.
330             
331              excess.set(v, excess[v]+flo);
332              exc-=flo;
333              flow->set(e,0);
334            } 
335          } else if ( newlevel > level[v] ) newlevel = level[v];
336        } //for in edges vw
337       
338      } // if w still has excess after the out edge for cycle
339     
340      excess.set(w, exc);
341     
342      return newlevel;
343    }
344
345
346    void preflowPreproc ( flowEnum fe, VecStack& active,
347                          VecNode& level_list, NNMap& left, NNMap& right ) {
348
349                            std::queue<Node> bfs_queue;
350     
351                            switch ( fe ) {
352                            case ZERO_FLOW:
353                              {
354                                //Reverse_bfs from t, to find the starting level.
355                                level.set(t,0);
356                                bfs_queue.push(t);
357       
358                                while (!bfs_queue.empty()) {
359           
360                                  Node v=bfs_queue.front();     
361                                  bfs_queue.pop();
362                                  int l=level[v]+1;
363           
364                                  InEdgeIt e;
365                                  for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
366                                    Node w=g->tail(e);
367                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
368                                      bfs_queue.push(w);
369                                      Node first=level_list[l];
370                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
371                                      right.set(w,first);
372                                      level_list[l]=w;
373                                      level.set(w, l);
374                                    }
375                                  }
376                                }
377         
378                                //the starting flow
379                                OutEdgeIt e;
380                                for(g->first(e,s); g->valid(e); g->next(e))
381                                  {
382                                    Num c=(*capacity)[e];
383                                    if ( c <= 0 ) continue;
384                                    Node w=g->head(e);
385                                    if ( level[w] < n ) {         
386                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
387                                      flow->set(e, c);
388                                      excess.set(w, excess[w]+c);
389                                    }
390                                  }
391                                break;
392                              }
393       
394                            case GEN_FLOW:
395                            case PREFLOW:
396                              {
397                                //Reverse_bfs from t in the residual graph,
398                                //to find the starting level.
399                                level.set(t,0);
400                                bfs_queue.push(t);
401         
402                                while (!bfs_queue.empty()) {
403           
404                                  Node v=bfs_queue.front();     
405                                  bfs_queue.pop();
406                                  int l=level[v]+1;
407           
408                                  InEdgeIt e;
409                                  for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
410                                    if ( (*capacity)[e] <= (*flow)[e] ) continue;
411                                    Node w=g->tail(e);
412                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
413                                      bfs_queue.push(w);
414                                      Node first=level_list[l];
415                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
416                                      right.set(w,first);
417                                      level_list[l]=w;
418                                      level.set(w, l);
419                                    }
420                                  }
421           
422                                  OutEdgeIt f;
423                                  for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) {
424                                    if ( 0 >= (*flow)[f] ) continue;
425                                    Node w=g->head(f);
426                                    if ( level[w] == n && w != s ) {
427                                      bfs_queue.push(w);
428                                      Node first=level_list[l];
429                                      if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
430                                      right.set(w,first);
431                                      level_list[l]=w;
432                                      level.set(w, l);
433                                    }
434                                  }
435                                }
436         
437         
438                                //the starting flow
439                                OutEdgeIt e;
440                                for(g->first(e,s); g->valid(e); g->next(e))
441                                  {
442                                    Num rem=(*capacity)[e]-(*flow)[e];
443                                    if ( rem <= 0 ) continue;
444                                    Node w=g->head(e);
445                                    if ( level[w] < n ) {         
446                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
447                                      flow->set(e, (*capacity)[e]);
448                                      excess.set(w, excess[w]+rem);
449                                    }
450                                  }
451         
452                                InEdgeIt f;
453                                for(g->first(f,s); g->valid(f); g->next(f))
454                                  {
455                                    if ( (*flow)[f] <= 0 ) continue;
456                                    Node w=g->tail(f);
457                                    if ( level[w] < n ) {         
458                                      if ( excess[w] <= 0 && w!=t ) active[level[w]].push(w);
459                                      excess.set(w, excess[w]+(*flow)[f]);
460                                      flow->set(f, 0);
461                                    }
462                                  } 
463                                break;
464                              } //case PREFLOW
465                            }
466                          } //preflowPreproc
467
468
469
470    void relabel(Node w, int newlevel, VecStack& active, 
471                 VecNode& level_list, NNMap& left,
472                 NNMap& right, int& b, int& k, bool what_heur )
473    {
474
475      Num lev=level[w];
476     
477      Node right_n=right[w];
478      Node left_n=left[w];
479     
480      //unlacing starts
481      if ( g->valid(right_n) ) {
482        if ( g->valid(left_n) ) {
483          right.set(left_n, right_n);
484          left.set(right_n, left_n);
485        } else {
486          level_list[lev]=right_n;   
487          left.set(right_n, INVALID);
488        }
489      } else {
490        if ( g->valid(left_n) ) {
491          right.set(left_n, INVALID);
492        } else {
493          level_list[lev]=INVALID;   
494        }
495      }
496      //unlacing ends
497               
498      if ( !g->valid(level_list[lev]) ) {
499             
500        //gapping starts
501        for (int i=lev; i!=k ; ) {
502          Node v=level_list[++i];
503          while ( g->valid(v) ) {
504            level.set(v,n);
505            v=right[v];
506          }
507          level_list[i]=INVALID;
508          if ( !what_heur ) {
509            while ( !active[i].empty() ) {
510              active[i].pop();    //FIXME: ezt szebben kene
511            }
512          }         
513        }
514       
515        level.set(w,n);
516        b=lev-1;
517        k=b;
518        //gapping ends
519       
520      } else {
521       
522        if ( newlevel == n ) level.set(w,n);
523        else {
524          level.set(w,++newlevel);
525          active[newlevel].push(w);
526          if ( what_heur ) b=newlevel;
527          if ( k < newlevel ) ++k;      //now k=newlevel
528          Node first=level_list[newlevel];
529          if ( g->valid(first) ) left.set(first,w);
530          right.set(w,first);
531          left.set(w,INVALID);
532          level_list[newlevel]=w;
533        }
534      }
535     
536    } //relabel
537
538
539    template<typename MapGraphWrapper>
540    class DistanceMap {
541    protected:
542      const MapGraphWrapper* g;
543      typename MapGraphWrapper::template NodeMap<int> dist;
544    public:
545      DistanceMap(MapGraphWrapper& _g) : g(&_g), dist(*g, g->nodeNum()) { }
546      void set(const typename MapGraphWrapper::Node& n, int a) {
547        dist.set(n, a);
548      }
549      int operator[](const typename MapGraphWrapper::Node& n)
550      { return dist[n]; }
551      //       int get(const typename MapGraphWrapper::Node& n) const {
552      //        return dist[n]; }
553      //       bool get(const typename MapGraphWrapper::Edge& e) const {
554      //        return (dist.get(g->tail(e))<dist.get(g->head(e))); }
555      bool operator[](const typename MapGraphWrapper::Edge& e) const {
556        return (dist[g->tail(e)]<dist[g->head(e)]);
557      }
558    };
559   
560  };
561
562
563  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
564  void MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::preflowPhase0( flowEnum fe )
565  {
566     
567    int heur0=(int)(H0*n);  //time while running 'bound decrease'
568    int heur1=(int)(H1*n);  //time while running 'highest label'
569    int heur=heur1;         //starting time interval (#of relabels)
570    int numrelabel=0;
571     
572    bool what_heur=1;       
573    //It is 0 in case 'bound decrease' and 1 in case 'highest label'
574
575    bool end=false;     
576    //Needed for 'bound decrease', true means no active nodes are above bound b.
577
578    int k=n-2;  //bound on the highest level under n containing a node
579    int b=k;    //bound on the highest level under n of an active node
580     
581    VecStack active(n);
582     
583    NNMap left(*g, INVALID);
584    NNMap right(*g, INVALID);
585    VecNode level_list(n,INVALID);
586    //List of the nodes in level i<n, set to n.
587
588    NodeIt v;
589    for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) level.set(v,n);
590    //setting each node to level n
591     
592    switch ( fe ) {
593    case PREFLOW:
594      {
595        //counting the excess
596        NodeIt v;
597        for(g->first(v); g->valid(v); g->next(v)) {
598          Num exc=0;
599         
600          InEdgeIt e;
601          for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) exc+=(*flow)[e];
602          OutEdgeIt f;
603          for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) exc-=(*flow)[f];
604           
605          excess.set(v,exc);     
606           
607          //putting the active nodes into the stack
608          int lev=level[v];
609          if ( exc > 0 && lev < n && v != t ) active[lev].push(v);
610        }
611        break;
612      }
613    case GEN_FLOW:
614      {
615        //Counting the excess of t
616        Num exc=0;
617         
618        InEdgeIt e;
619        for(g->first(e,t); g->valid(e); g->next(e)) exc+=(*flow)[e];
620        OutEdgeIt f;
621        for(g->first(f,t); g->valid(f); g->next(f)) exc-=(*flow)[f];
622         
623        excess.set(t,exc);     
624         
625        break;
626      }
627    default:
628      break;
629    }
630     
631    preflowPreproc( fe, active, level_list, left, right );
632    //End of preprocessing
633     
634     
635    //Push/relabel on the highest level active nodes.
636    while ( true ) {
637      if ( b == 0 ) {
638        if ( !what_heur && !end && k > 0 ) {
639          b=k;
640          end=true;
641        } else break;
642      }
643       
644      if ( active[b].empty() ) --b;
645      else {
646        end=false; 
647        Node w=active[b].top();
648        active[b].pop();
649        int newlevel=push(w,active);
650        if ( excess[w] > 0 ) relabel(w, newlevel, active, level_list,
651                                     left, right, b, k, what_heur);
652         
653        ++numrelabel;
654        if ( numrelabel >= heur ) {
655          numrelabel=0;
656          if ( what_heur ) {
657            what_heur=0;
658            heur=heur0;
659            end=false;
660          } else {
661            what_heur=1;
662            heur=heur1;
663            b=k;
664          }
665        }
666      }
667    }
668  }
669
670
671
672  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
673  void MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::preflowPhase1()
674  {
675     
676    int k=n-2;  //bound on the highest level under n containing a node
677    int b=k;    //bound on the highest level under n of an active node
678     
679    VecStack active(n);
680    level.set(s,0);
681    std::queue<Node> bfs_queue;
682    bfs_queue.push(s);
683           
684    while (!bfs_queue.empty()) {
685       
686      Node v=bfs_queue.front();
687      bfs_queue.pop();
688      int l=level[v]+1;
689             
690      InEdgeIt e;
691      for(g->first(e,v); g->valid(e); g->next(e)) {
692        if ( (*capacity)[e] <= (*flow)[e] ) continue;
693        Node u=g->tail(e);
694        if ( level[u] >= n ) {
695          bfs_queue.push(u);
696          level.set(u, l);
697          if ( excess[u] > 0 ) active[l].push(u);
698        }
699      }
700       
701      OutEdgeIt f;
702      for(g->first(f,v); g->valid(f); g->next(f)) {
703        if ( 0 >= (*flow)[f] ) continue;
704        Node u=g->head(f);
705        if ( level[u] >= n ) {
706          bfs_queue.push(u);
707          level.set(u, l);
708          if ( excess[u] > 0 ) active[l].push(u);
709        }
710      }
711    }
712    b=n-2;
713
714    while ( true ) {
715       
716      if ( b == 0 ) break;
717
718      if ( active[b].empty() ) --b;
719      else {
720        Node w=active[b].top();
721        active[b].pop();
722        int newlevel=push(w,active);     
723
724        //relabel
725        if ( excess[w] > 0 ) {
726          level.set(w,++newlevel);
727          active[newlevel].push(w);
728          b=newlevel;
729        }
730      }  // if stack[b] is nonempty
731    } // while(true)
732  }
733
734
735
736  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
737  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnShortestPath()
738  {
739    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
740    bool _augment=false;
741     
742    //ReachedMap level(res_graph);
743    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
744    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
745    bfs.pushAndSetReached(s);
746       
747    typename ResGW::template NodeMap<ResGWEdge> pred(res_graph);
748    pred.set(s, INVALID);
749     
750    typename ResGW::template NodeMap<Num> free(res_graph);
751       
752    //searching for augmenting path
753    while ( !bfs.finished() ) {
754      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
755      if (res_graph.valid(e) && bfs.isBNodeNewlyReached()) {
756        Node v=res_graph.tail(e);
757        Node w=res_graph.head(e);
758        pred.set(w, e);
759        if (res_graph.valid(pred[v])) {
760          free.set(w, std::min(free[v], res_graph.resCap(e)));
761        } else {
762          free.set(w, res_graph.resCap(e));
763        }
764        if (res_graph.head(e)==t) { _augment=true; break; }
765      }
766       
767      ++bfs;
768    } //end of searching augmenting path
769
770    if (_augment) {
771      Node n=t;
772      Num augment_value=free[t];
773      while (res_graph.valid(pred[n])) {
774        ResGWEdge e=pred[n];
775        res_graph.augment(e, augment_value);
776        n=res_graph.tail(e);
777      }
778    }
779
780    return _augment;
781  }
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
792  template<typename MutableGraph>
793  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnBlockingFlow()
794  {     
795    typedef MutableGraph MG;
796    bool _augment=false;
797
798    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
799
800    //bfs for distances on the residual graph
801    //ReachedMap level(res_graph);
802    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
803    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
804    bfs.pushAndSetReached(s);
805    typename ResGW::template NodeMap<int>
806      dist(res_graph); //filled up with 0's
807
808    //F will contain the physical copy of the residual graph
809    //with the set of edges which are on shortest paths
810    MG F;
811    typename ResGW::template NodeMap<typename MG::Node>
812      res_graph_to_F(res_graph);
813    {
814      typename ResGW::NodeIt n;
815      for(res_graph.first(n); res_graph.valid(n); res_graph.next(n)) {
816        res_graph_to_F.set(n, F.addNode());
817      }
818    }
819
820    typename MG::Node sF=res_graph_to_F[s];
821    typename MG::Node tF=res_graph_to_F[t];
822    typename MG::template EdgeMap<ResGWEdge> original_edge(F);
823    typename MG::template EdgeMap<Num> residual_capacity(F);
824
825    while ( !bfs.finished() ) {
826      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
827      if (res_graph.valid(e)) {
828        if (bfs.isBNodeNewlyReached()) {
829          dist.set(res_graph.head(e), dist[res_graph.tail(e)]+1);
830          typename MG::Edge f=F.addEdge(res_graph_to_F[res_graph.tail(e)], res_graph_to_F[res_graph.head(e)]);
831          original_edge.update();
832          original_edge.set(f, e);
833          residual_capacity.update();
834          residual_capacity.set(f, res_graph.resCap(e));
835        } else {
836          if (dist[res_graph.head(e)]==(dist[res_graph.tail(e)]+1)) {
837            typename MG::Edge f=F.addEdge(res_graph_to_F[res_graph.tail(e)], res_graph_to_F[res_graph.head(e)]);
838            original_edge.update();
839            original_edge.set(f, e);
840            residual_capacity.update();
841            residual_capacity.set(f, res_graph.resCap(e));
842          }
843        }
844      }
845      ++bfs;
846    } //computing distances from s in the residual graph
847
848    bool __augment=true;
849
850    while (__augment) {
851      __augment=false;
852      //computing blocking flow with dfs
853      DfsIterator< MG, typename MG::template NodeMap<bool> > dfs(F);
854      typename MG::template NodeMap<typename MG::Edge> pred(F);
855      pred.set(sF, INVALID);
856      //invalid iterators for sources
857
858      typename MG::template NodeMap<Num> free(F);
859
860      dfs.pushAndSetReached(sF);     
861      while (!dfs.finished()) {
862        ++dfs;
863        if (F.valid(/*typename MG::OutEdgeIt*/(dfs))) {
864          if (dfs.isBNodeNewlyReached()) {
865            typename MG::Node v=F.aNode(dfs);
866            typename MG::Node w=F.bNode(dfs);
867            pred.set(w, dfs);
868            if (F.valid(pred[v])) {
869              free.set(w, std::min(free[v], residual_capacity[dfs]));
870            } else {
871              free.set(w, residual_capacity[dfs]);
872            }
873            if (w==tF) {
874              __augment=true;
875              _augment=true;
876              break;
877            }
878             
879          } else {
880            F.erase(/*typename MG::OutEdgeIt*/(dfs));
881          }
882        }
883      }
884
885      if (__augment) {
886        typename MG::Node n=tF;
887        Num augment_value=free[tF];
888        while (F.valid(pred[n])) {
889          typename MG::Edge e=pred[n];
890          res_graph.augment(original_edge[e], augment_value);
891          n=F.tail(e);
892          if (residual_capacity[e]==augment_value)
893            F.erase(e);
894          else
895            residual_capacity.set(e, residual_capacity[e]-augment_value);
896        }
897      }
898       
899    }
900           
901    return _augment;
902  }
903
904
905
906
907
908
909  template <typename Graph, typename Num, typename CapMap, typename FlowMap>
910  bool MaxFlow<Graph, Num, CapMap, FlowMap>::augmentOnBlockingFlow2()
911  {
912    bool _augment=false;
913
914    ResGW res_graph(*g, *capacity, *flow);
915     
916    //ReachedMap level(res_graph);
917    FOR_EACH_LOC(typename Graph::NodeIt, e, *g) level.set(e, 0);
918    BfsIterator<ResGW, ReachedMap> bfs(res_graph, level);
919
920    bfs.pushAndSetReached(s);
921    DistanceMap<ResGW> dist(res_graph);
922    while ( !bfs.finished() ) {
923      ResGWOutEdgeIt e=bfs;
924      if (res_graph.valid(e) && bfs.isBNodeNewlyReached()) {
925        dist.set(res_graph.head(e), dist[res_graph.tail(e)]+1);
926      }
927      ++bfs;
928    } //computing distances from s in the residual graph
929
930      //Subgraph containing the edges on some shortest paths
931    ConstMap<typename ResGW::Node, bool> true_map(true);
932    typedef SubGraphWrapper<ResGW, ConstMap<typename ResGW::Node, bool>,
933      DistanceMap<ResGW> > FilterResGW;
934    FilterResGW filter_res_graph(res_graph, true_map, dist);
935
936    //Subgraph, which is able to delete edges which are already
937    //met by the dfs
938    typename FilterResGW::template NodeMap<typename FilterResGW::OutEdgeIt>
939      first_out_edges(filter_res_graph);
940    typename FilterResGW::NodeIt v;
941    for(filter_res_graph.first(v); filter_res_graph.valid(v);
942        filter_res_graph.next(v))
943      {
944        typename FilterResGW::OutEdgeIt e;
945        filter_res_graph.first(e, v);
946        first_out_edges.set(v, e);
947      }
948    typedef ErasingFirstGraphWrapper<FilterResGW, typename FilterResGW::
949      template NodeMap<typename FilterResGW::OutEdgeIt> > ErasingResGW;
950    ErasingResGW erasing_res_graph(filter_res_graph, first_out_edges);
951
952    bool __augment=true;
953
954    while (__augment) {
955
956      __augment=false;
957      //computing blocking flow with dfs
958      DfsIterator< ErasingResGW,
959        typename ErasingResGW::template NodeMap<bool> >
960        dfs(erasing_res_graph);
961      typename ErasingResGW::
962        template NodeMap<typename ErasingResGW::OutEdgeIt>
963        pred(erasing_res_graph);
964      pred.set(s, INVALID);
965      //invalid iterators for sources
966
967      typename ErasingResGW::template NodeMap<Num>
968        free1(erasing_res_graph);
969
970      dfs.pushAndSetReached(
971                            typename ErasingResGW::Node(
972                                                        typename FilterResGW::Node(
973                                                                                   typename ResGW::Node(s)
974                                                                                   )
975                                                        )
976                            );
977      while (!dfs.finished()) {
978        ++dfs;
979        if (erasing_res_graph.valid(
980                                    typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs)))
981          {
982            if (dfs.isBNodeNewlyReached()) {
983         
984              typename ErasingResGW::Node v=erasing_res_graph.aNode(dfs);
985              typename ErasingResGW::Node w=erasing_res_graph.bNode(dfs);
986
987              pred.set(w, /*typename ErasingResGW::OutEdgeIt*/(dfs));
988              if (erasing_res_graph.valid(pred[v])) {
989                free1.set(w, std::min(free1[v], res_graph.resCap(
990                                                                 typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs))));
991              } else {
992                free1.set(w, res_graph.resCap(
993                                              typename ErasingResGW::OutEdgeIt(dfs)));
994              }
995             
996              if (w==t) {
997                __augment=true;
998                _augment=true;
999                break;
1000              }
1001            } else {
1002              erasing_res_graph.erase(dfs);
1003            }
1004          }
1005      }
1006
1007      if (__augment) {
1008        typename ErasingResGW::Node n=typename FilterResGW::Node(typename ResGW::Node(t));
1009        //        typename ResGW::NodeMap<Num> a(res_graph);
1010        //        typename ResGW::Node b;
1011        //        Num j=a[b];
1012        //        typename FilterResGW::NodeMap<Num> a1(filter_res_graph);
1013        //        typename FilterResGW::Node b1;
1014        //        Num j1=a1[b1];
1015        //        typename ErasingResGW::NodeMap<Num> a2(erasing_res_graph);
1016        //        typename ErasingResGW::Node b2;
1017        //        Num j2=a2[b2];
1018        Num augment_value=free1[n];
1019        while (erasing_res_graph.valid(pred[n])) {
1020          typename ErasingResGW::OutEdgeIt e=pred[n];
1021          res_graph.augment(e, augment_value);
1022          n=erasing_res_graph.tail(e);
1023          if (res_graph.resCap(e)==0)
1024            erasing_res_graph.erase(e);
1025        }
1026      }
1027     
1028    } //while (__augment)
1029           
1030    return _augment;
1031  }
1032
1033
1034
1035
1036} //namespace hugo
1037
1038#endif //HUGO_MAX_FLOW_H
1039
1040
1041
1042
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.