COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon-0.x/src/work/jacint/preflow_push_hl.h @ 87:46705346edd4

Last change on this file since 87:46705346edd4 was 85:15362fafaf1a, checked in by jacint, 17 years ago

* empty log message *

File size: 7.3 KB
Line 
1// -*- C++ -*-
2/*
3preflow_push_hl.h
4by jacint.
5Runs the highest label variant of the preflow push algorithm with
6running time O(n^2\sqrt(m)).
7
8Member functions:
9
10void run() : runs the algorithm
11
12 The following functions should be used after run() was already run.
13
14T maxflow() : returns the value of a maximum flow
15
16T flowonedge(EdgeIt e) : for a fixed maximum flow x it returns x(e)
17
18Graph::EdgeMap<T> allflow() : returns the fixed maximum flow x
19
20Graph::NodeMap<bool> mincut() : returns a
21     characteristic vector of a minimum cut. (An empty level
22     in the algorithm gives a minimum cut.)
23*/
24
25#ifndef PREFLOW_PUSH_HL_H
26#define PREFLOW_PUSH_HL_H
27
28//#include <algorithm>
29#include <vector>
30#include <stack>
31
32#include <reverse_bfs.h>
33
34namespace marci {
35
36  template <typename Graph, typename T>
37  class preflow_push_hl {
38   
39    typedef typename Graph::NodeIt NodeIt;
40    typedef typename Graph::EdgeIt EdgeIt;
41    typedef typename Graph::EachNodeIt EachNodeIt;
42    typedef typename Graph::OutEdgeIt OutEdgeIt;
43    typedef typename Graph::InEdgeIt InEdgeIt;
44   
45    Graph& G;
46    NodeIt s;
47    NodeIt t;
48    typename Graph::EdgeMap<T> flow;
49    typename Graph::EdgeMap<T> capacity;
50    T value;
51    typename Graph::NodeMap<bool> mincutvector;
52
53  public:
54
55    preflow_push_hl(Graph& _G, NodeIt _s, NodeIt _t,
56                    typename Graph::EdgeMap<T>& _capacity) :
57      G(_G), s(_s), t(_t), flow(_G, 0), capacity(_capacity),
58      mincutvector(_G, true) { }
59
60
61    /*
62      The run() function runs the highest label preflow-push,
63      running time: O(n^2\sqrt(m))
64    */
65    void run() {
66 
67      typename Graph::NodeMap<int> level(G);     
68      typename Graph::NodeMap<T> excess(G);
69
70      int n=G.nodeNum();
71      int b=n-2;
72      /*
73        b is a bound on the highest level of an active node.
74        In the beginning it is at most n-2.
75      */
76
77      std::vector<int> numb(n);     //The number of nodes on level i < n.
78      std::vector<std::stack<NodeIt> > stack(2*n-1);   
79      //Stack of the active nodes in level i.
80
81
82      /*Reverse_bfs from t, to find the starting level.*/
83      reverse_bfs<Graph> bfs(G, t);
84      bfs.run();
85      for(EachNodeIt v=G.template first<EachNodeIt>(); v.valid(); ++v)
86        {
87          int dist=bfs.dist(v);
88          level.set(v, dist);
89          ++numb[dist];
90        }
91
92      level.set(s,n);
93
94
95      /* Starting flow. It is everywhere 0 at the moment. */     
96      for(OutEdgeIt e=G.template first<OutEdgeIt>(s); e.valid(); ++e)
97        {
98          if ( capacity.get(e) > 0 ) {
99            NodeIt w=G.head(e);
100            if ( w!=s ) {         
101              if ( excess.get(w) == 0 && w!=t ) stack[level.get(w)].push(w);
102              flow.set(e, capacity.get(e));
103              excess.set(w, excess.get(w)+capacity.get(e));
104            }
105          }
106        }
107
108      /*
109         End of preprocessing
110      */
111
112
113
114      /*
115        Push/relabel on the highest level active nodes.
116      */
117       
118      /*While there exists an active node.*/
119      while (b) {
120
121        /*We decrease the bound if there is no active node of level b.*/
122        if (stack[b].empty()) {
123          --b;
124        } else {
125
126          NodeIt w=stack[b].top();        //w is a highest label active node.
127          stack[b].pop();           
128       
129          int newlevel=2*n-2;             //In newlevel we bound the next level of w.
130       
131          for(OutEdgeIt e=G.template first<OutEdgeIt>(w); e.valid(); ++e) {
132           
133            if ( flow.get(e) < capacity.get(e) ) {             
134              /*e is an edge of the residual graph */
135
136              NodeIt v=G.head(e);               /*e is the edge wv.*/
137
138              if( level.get(w) == level.get(v)+1 ) {     
139                /*Push is allowed now*/
140
141                if ( excess.get(v)==0 && v != s && v !=t ) stack[level.get(v)].push(v);
142                /*v becomes active.*/
143
144                if ( capacity.get(e)-flow.get(e) > excess.get(w) ) {       
145                  /*A nonsaturating push.*/
146                 
147                  flow.set(e, flow.get(e)+excess.get(w));
148                  excess.set(v, excess.get(v)+excess.get(w));
149                  excess.set(w,0);
150                  break;
151
152                } else {
153                  /*A saturating push.*/
154
155                  excess.set(v, excess.get(v)+capacity.get(e)-flow.get(e));
156                  excess.set(w, excess.get(w)-capacity.get(e)+flow.get(e));
157                  flow.set(e, capacity.get(e));
158                  if ( excess.get(w)==0 ) break;
159                  /*If w is not active any more, then we go on to the next node.*/
160                 
161                }
162              } else {
163                newlevel = newlevel < level.get(v) ? newlevel : level.get(v);
164              }
165           
166            } //if the out edge wv is in the res graph
167         
168          } //for out edges wv
169         
170
171          if ( excess.get(w) > 0 ) {   
172           
173            for( InEdgeIt e=G.template first<InEdgeIt>(w); e.valid(); ++e) {
174              NodeIt v=G.tail(e);  /*e is the edge vw.*/
175
176              if( flow.get(e) > 0 ) {             
177                /*e is an edge of the residual graph */
178
179                if( level.get(w)==level.get(v)+1 ) { 
180                  /*Push is allowed now*/
181               
182                  if ( excess.get(v)==0 && v != s && v !=t) stack[level.get(v)].push(v);
183                  /*v becomes active.*/
184
185                  if ( flow.get(e) > excess.get(w) ) {
186                    /*A nonsaturating push.*/
187                 
188                    flow.set(e, flow.get(e)-excess.get(w));
189                    excess.set(v, excess.get(v)+excess.get(w));
190                    excess.set(w,0);
191                    break;
192                  } else {                                               
193                    /*A saturating push.*/
194                   
195                    excess.set(v, excess.get(v)+flow.get(e));
196                    excess.set(w, excess.get(w)-flow.get(e));
197                    flow.set(e,0);
198                    if ( excess.get(w)==0 ) break;
199                  } 
200                } else {
201                  newlevel = newlevel < level.get(v) ? newlevel : level.get(v);
202                }
203               
204              } //if in edge vw is in the res graph
205
206            } //for in edges vw
207
208          } // if w still has excess after the out edge for cycle
209
210
211          /*
212            Relabel
213          */
214         
215          if ( excess.get(w) > 0 ) {
216           
217            int oldlevel=level.get(w);     
218            level.set(w,++newlevel);
219
220            if ( oldlevel < n ) {
221              --numb[oldlevel];
222
223              if ( !numb[oldlevel] ) {  //If the level of w gets empty.
224               
225                for (EachNodeIt v=G.template first<EachNodeIt>(); v.valid() ; ++v) {
226                  if (level.get(v) > oldlevel && level.get(v) < n ) level.set(v,n); 
227                }
228                for (int i=oldlevel+1 ; i!=n ; ++i) numb[i]=0;
229                if ( newlevel < n ) newlevel=n;
230              } else {
231                if ( newlevel < n ) ++numb[newlevel];
232              }
233            } else {
234            if ( newlevel < n ) ++numb[newlevel];
235            }
236           
237            stack[newlevel].push(w);
238            b=newlevel;
239
240          }
241
242        } // if stack[b] is nonempty
243
244      } // while(b)
245
246
247      value = excess.get(t);
248      /*Max flow value.*/
249
250
251    } //void run()
252
253
254
255
256
257    /*
258      Returns the maximum value of a flow.
259     */
260
261    T maxflow() {
262      return value;
263    }
264
265
266
267    /*
268      For the maximum flow x found by the algorithm, it returns the flow value on Edge e, i.e. x(e).
269    */
270
271    T flowonEdge(EdgeIt e) {
272      return flow.get(e);
273    }
274
275
276
277    /*
278      Returns the maximum flow x found by the algorithm.
279    */
280
281    typename Graph::EdgeMap<T> allflow() {
282      return flow;
283    }
284
285
286
287    /*
288      Returns a minimum cut by using a reverse bfs from t in the residual graph.
289    */
290   
291    typename Graph::NodeMap<bool> mincut() {
292   
293      std::queue<NodeIt> queue;
294     
295      mincutvector.set(t,false);     
296      queue.push(t);
297
298      while (!queue.empty()) {
299        NodeIt w=queue.front();
300        queue.pop();
301
302        for(InEdgeIt e=G.template first<InEdgeIt>(w) ; e.valid(); ++e) {
303          NodeIt v=G.tail(e);
304          if (mincutvector.get(v) && flow.get(e) < capacity.get(e) ) {
305            queue.push(v);
306            mincutvector.set(v, false);
307          }
308        } // for
309
310        for(OutEdgeIt e=G.template first<OutEdgeIt>(w) ; e.valid(); ++e) {
311          NodeIt v=G.head(e);
312          if (mincutvector.get(v) && flow.get(e) > 0 ) {
313            queue.push(v);
314            mincutvector.set(v, false);
315          }
316        } // for
317
318      }
319
320      return mincutvector;
321   
322    }
323  };
324}//namespace marci
325#endif
326
327
328
329
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.