COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon-1.2/lemon/hao_orlin.h @ 735:853fcddcf282

Last change on this file since 735:853fcddcf282 was 597:2ca0cdb5f366, checked in by Balazs Dezso <deba@…>, 11 years ago

Fix in HaoOrlin? (#264)

File size: 30.1 KB
Line 
1/* -*- mode: C++; indent-tabs-mode: nil; -*-
2 *
3 * This file is a part of LEMON, a generic C++ optimization library.
4 *
5 * Copyright (C) 2003-2009
6 * Egervary Jeno Kombinatorikus Optimalizalasi Kutatocsoport
7 * (Egervary Research Group on Combinatorial Optimization, EGRES).
8 *
9 * Permission to use, modify and distribute this software is granted
10 * provided that this copyright notice appears in all copies. For
11 * precise terms see the accompanying LICENSE file.
12 *
13 * This software is provided "AS IS" with no warranty of any kind,
14 * express or implied, and with no claim as to its suitability for any
15 * purpose.
16 *
17 */
18
19#ifndef LEMON_HAO_ORLIN_H
20#define LEMON_HAO_ORLIN_H
21
22#include <vector>
23#include <list>
24#include <limits>
25
26#include <lemon/maps.h>
27#include <lemon/core.h>
28#include <lemon/tolerance.h>
29
30/// \file
31/// \ingroup min_cut
32/// \brief Implementation of the Hao-Orlin algorithm.
33///
34/// Implementation of the Hao-Orlin algorithm for finding a minimum cut
35/// in a digraph.
36
37namespace lemon {
38
39  /// \ingroup min_cut
40  ///
41  /// \brief Hao-Orlin algorithm for finding a minimum cut in a digraph.
42  ///
43  /// This class implements the Hao-Orlin algorithm for finding a minimum
44  /// value cut in a directed graph \f$D=(V,A)\f$.
45  /// It takes a fixed node \f$ source \in V \f$ and
46  /// consists of two phases: in the first phase it determines a
47  /// minimum cut with \f$ source \f$ on the source-side (i.e. a set
48  /// \f$ X\subsetneq V \f$ with \f$ source \in X \f$ and minimal outgoing
49  /// capacity) and in the second phase it determines a minimum cut
50  /// with \f$ source \f$ on the sink-side (i.e. a set
51  /// \f$ X\subsetneq V \f$ with \f$ source \notin X \f$ and minimal outgoing
52  /// capacity). Obviously, the smaller of these two cuts will be a
53  /// minimum cut of \f$ D \f$. The algorithm is a modified
54  /// preflow push-relabel algorithm. Our implementation calculates
55  /// the minimum cut in \f$ O(n^2\sqrt{m}) \f$ time (we use the
56  /// highest-label rule), or in \f$O(nm)\f$ for unit capacities. The
57  /// purpose of such algorithm is e.g. testing network reliability.
58  ///
59  /// For an undirected graph you can run just the first phase of the
60  /// algorithm or you can use the algorithm of Nagamochi and Ibaraki,
61  /// which solves the undirected problem in \f$ O(nm + n^2 \log n) \f$
62  /// time. It is implemented in the NagamochiIbaraki algorithm class.
63  ///
64  /// \tparam GR The type of the digraph the algorithm runs on.
65  /// \tparam CAP The type of the arc map containing the capacities,
66  /// which can be any numreric type. The default map type is
67  /// \ref concepts::Digraph::ArcMap "GR::ArcMap<int>".
68  /// \tparam TOL Tolerance class for handling inexact computations. The
69  /// default tolerance type is \ref Tolerance "Tolerance<CAP::Value>".
70#ifdef DOXYGEN
71  template <typename GR, typename CAP, typename TOL>
72#else
73  template <typename GR,
74            typename CAP = typename GR::template ArcMap<int>,
75            typename TOL = Tolerance<typename CAP::Value> >
76#endif
77  class HaoOrlin {
78  public:
79   
80    /// The digraph type of the algorithm
81    typedef GR Digraph;
82    /// The capacity map type of the algorithm
83    typedef CAP CapacityMap;
84    /// The tolerance type of the algorithm
85    typedef TOL Tolerance;
86
87  private:
88
89    typedef typename CapacityMap::Value Value;
90
91    TEMPLATE_DIGRAPH_TYPEDEFS(Digraph);
92
93    const Digraph& _graph;
94    const CapacityMap* _capacity;
95
96    typedef typename Digraph::template ArcMap<Value> FlowMap;
97    FlowMap* _flow;
98
99    Node _source;
100
101    int _node_num;
102
103    // Bucketing structure
104    std::vector<Node> _first, _last;
105    typename Digraph::template NodeMap<Node>* _next;
106    typename Digraph::template NodeMap<Node>* _prev;
107    typename Digraph::template NodeMap<bool>* _active;
108    typename Digraph::template NodeMap<int>* _bucket;
109
110    std::vector<bool> _dormant;
111
112    std::list<std::list<int> > _sets;
113    std::list<int>::iterator _highest;
114
115    typedef typename Digraph::template NodeMap<Value> ExcessMap;
116    ExcessMap* _excess;
117
118    typedef typename Digraph::template NodeMap<bool> SourceSetMap;
119    SourceSetMap* _source_set;
120
121    Value _min_cut;
122
123    typedef typename Digraph::template NodeMap<bool> MinCutMap;
124    MinCutMap* _min_cut_map;
125
126    Tolerance _tolerance;
127
128  public:
129
130    /// \brief Constructor
131    ///
132    /// Constructor of the algorithm class.
133    HaoOrlin(const Digraph& graph, const CapacityMap& capacity,
134             const Tolerance& tolerance = Tolerance()) :
135      _graph(graph), _capacity(&capacity), _flow(0), _source(),
136      _node_num(), _first(), _last(), _next(0), _prev(0),
137      _active(0), _bucket(0), _dormant(), _sets(), _highest(),
138      _excess(0), _source_set(0), _min_cut(), _min_cut_map(0),
139      _tolerance(tolerance) {}
140
141    ~HaoOrlin() {
142      if (_min_cut_map) {
143        delete _min_cut_map;
144      }
145      if (_source_set) {
146        delete _source_set;
147      }
148      if (_excess) {
149        delete _excess;
150      }
151      if (_next) {
152        delete _next;
153      }
154      if (_prev) {
155        delete _prev;
156      }
157      if (_active) {
158        delete _active;
159      }
160      if (_bucket) {
161        delete _bucket;
162      }
163      if (_flow) {
164        delete _flow;
165      }
166    }
167
168  private:
169
170    void activate(const Node& i) {
171      (*_active)[i] = true;
172
173      int bucket = (*_bucket)[i];
174
175      if ((*_prev)[i] == INVALID || (*_active)[(*_prev)[i]]) return;
176      //unlace
177      (*_next)[(*_prev)[i]] = (*_next)[i];
178      if ((*_next)[i] != INVALID) {
179        (*_prev)[(*_next)[i]] = (*_prev)[i];
180      } else {
181        _last[bucket] = (*_prev)[i];
182      }
183      //lace
184      (*_next)[i] = _first[bucket];
185      (*_prev)[_first[bucket]] = i;
186      (*_prev)[i] = INVALID;
187      _first[bucket] = i;
188    }
189
190    void deactivate(const Node& i) {
191      (*_active)[i] = false;
192      int bucket = (*_bucket)[i];
193
194      if ((*_next)[i] == INVALID || !(*_active)[(*_next)[i]]) return;
195
196      //unlace
197      (*_prev)[(*_next)[i]] = (*_prev)[i];
198      if ((*_prev)[i] != INVALID) {
199        (*_next)[(*_prev)[i]] = (*_next)[i];
200      } else {
201        _first[bucket] = (*_next)[i];
202      }
203      //lace
204      (*_prev)[i] = _last[bucket];
205      (*_next)[_last[bucket]] = i;
206      (*_next)[i] = INVALID;
207      _last[bucket] = i;
208    }
209
210    void addItem(const Node& i, int bucket) {
211      (*_bucket)[i] = bucket;
212      if (_last[bucket] != INVALID) {
213        (*_prev)[i] = _last[bucket];
214        (*_next)[_last[bucket]] = i;
215        (*_next)[i] = INVALID;
216        _last[bucket] = i;
217      } else {
218        (*_prev)[i] = INVALID;
219        _first[bucket] = i;
220        (*_next)[i] = INVALID;
221        _last[bucket] = i;
222      }
223    }
224
225    void findMinCutOut() {
226
227      for (NodeIt n(_graph); n != INVALID; ++n) {
228        (*_excess)[n] = 0;
229        (*_source_set)[n] = false;
230      }
231
232      for (ArcIt a(_graph); a != INVALID; ++a) {
233        (*_flow)[a] = 0;
234      }
235
236      int bucket_num = 0;
237      std::vector<Node> queue(_node_num);
238      int qfirst = 0, qlast = 0, qsep = 0;
239
240      {
241        typename Digraph::template NodeMap<bool> reached(_graph, false);
242
243        reached[_source] = true;
244        bool first_set = true;
245
246        for (NodeIt t(_graph); t != INVALID; ++t) {
247          if (reached[t]) continue;
248          _sets.push_front(std::list<int>());
249
250          queue[qlast++] = t;
251          reached[t] = true;
252
253          while (qfirst != qlast) {
254            if (qsep == qfirst) {
255              ++bucket_num;
256              _sets.front().push_front(bucket_num);
257              _dormant[bucket_num] = !first_set;
258              _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
259              qsep = qlast;
260            }
261
262            Node n = queue[qfirst++];
263            addItem(n, bucket_num);
264
265            for (InArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
266              Node u = _graph.source(a);
267              if (!reached[u] && _tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
268                reached[u] = true;
269                queue[qlast++] = u;
270              }
271            }
272          }
273          first_set = false;
274        }
275
276        ++bucket_num;
277        (*_bucket)[_source] = 0;
278        _dormant[0] = true;
279      }
280      (*_source_set)[_source] = true;
281
282      Node target = _last[_sets.back().back()];
283      {
284        for (OutArcIt a(_graph, _source); a != INVALID; ++a) {
285          if (_tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
286            Node u = _graph.target(a);
287            (*_flow)[a] = (*_capacity)[a];
288            (*_excess)[u] += (*_capacity)[a];
289            if (!(*_active)[u] && u != _source) {
290              activate(u);
291            }
292          }
293        }
294
295        if ((*_active)[target]) {
296          deactivate(target);
297        }
298
299        _highest = _sets.back().begin();
300        while (_highest != _sets.back().end() &&
301               !(*_active)[_first[*_highest]]) {
302          ++_highest;
303        }
304      }
305
306      while (true) {
307        while (_highest != _sets.back().end()) {
308          Node n = _first[*_highest];
309          Value excess = (*_excess)[n];
310          int next_bucket = _node_num;
311
312          int under_bucket;
313          if (++std::list<int>::iterator(_highest) == _sets.back().end()) {
314            under_bucket = -1;
315          } else {
316            under_bucket = *(++std::list<int>::iterator(_highest));
317          }
318
319          for (OutArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
320            Node v = _graph.target(a);
321            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
322            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
323            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
324            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
325              if (!(*_active)[v] && v != target) {
326                activate(v);
327              }
328              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
329                (*_flow)[a] += excess;
330                (*_excess)[v] += excess;
331                excess = 0;
332                goto no_more_push;
333              } else {
334                excess -= rem;
335                (*_excess)[v] += rem;
336                (*_flow)[a] = (*_capacity)[a];
337              }
338            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
339              next_bucket = (*_bucket)[v];
340            }
341          }
342
343          for (InArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
344            Node v = _graph.source(a);
345            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
346            Value rem = (*_flow)[a];
347            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
348            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
349              if (!(*_active)[v] && v != target) {
350                activate(v);
351              }
352              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
353                (*_flow)[a] -= excess;
354                (*_excess)[v] += excess;
355                excess = 0;
356                goto no_more_push;
357              } else {
358                excess -= rem;
359                (*_excess)[v] += rem;
360                (*_flow)[a] = 0;
361              }
362            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
363              next_bucket = (*_bucket)[v];
364            }
365          }
366
367        no_more_push:
368
369          (*_excess)[n] = excess;
370
371          if (excess != 0) {
372            if ((*_next)[n] == INVALID) {
373              typename std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
374                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
375              new_set->splice(new_set->end(), _sets.back(),
376                              _sets.back().begin(), ++_highest);
377              for (std::list<int>::iterator it = new_set->begin();
378                   it != new_set->end(); ++it) {
379                _dormant[*it] = true;
380              }
381              while (_highest != _sets.back().end() &&
382                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
383                ++_highest;
384              }
385            } else if (next_bucket == _node_num) {
386              _first[(*_bucket)[n]] = (*_next)[n];
387              (*_prev)[(*_next)[n]] = INVALID;
388
389              std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
390                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
391
392              new_set->push_front(bucket_num);
393              (*_bucket)[n] = bucket_num;
394              _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = n;
395              (*_next)[n] = INVALID;
396              (*_prev)[n] = INVALID;
397              _dormant[bucket_num] = true;
398              ++bucket_num;
399
400              while (_highest != _sets.back().end() &&
401                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
402                ++_highest;
403              }
404            } else {
405              _first[*_highest] = (*_next)[n];
406              (*_prev)[(*_next)[n]] = INVALID;
407
408              while (next_bucket != *_highest) {
409                --_highest;
410              }
411
412              if (_highest == _sets.back().begin()) {
413                _sets.back().push_front(bucket_num);
414                _dormant[bucket_num] = false;
415                _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
416                ++bucket_num;
417              }
418              --_highest;
419
420              (*_bucket)[n] = *_highest;
421              (*_next)[n] = _first[*_highest];
422              if (_first[*_highest] != INVALID) {
423                (*_prev)[_first[*_highest]] = n;
424              } else {
425                _last[*_highest] = n;
426              }
427              _first[*_highest] = n;
428            }
429          } else {
430
431            deactivate(n);
432            if (!(*_active)[_first[*_highest]]) {
433              ++_highest;
434              if (_highest != _sets.back().end() &&
435                  !(*_active)[_first[*_highest]]) {
436                _highest = _sets.back().end();
437              }
438            }
439          }
440        }
441
442        if ((*_excess)[target] < _min_cut) {
443          _min_cut = (*_excess)[target];
444          for (NodeIt i(_graph); i != INVALID; ++i) {
445            (*_min_cut_map)[i] = true;
446          }
447          for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
448               it != _sets.back().end(); ++it) {
449            Node n = _first[*it];
450            while (n != INVALID) {
451              (*_min_cut_map)[n] = false;
452              n = (*_next)[n];
453            }
454          }
455        }
456
457        {
458          Node new_target;
459          if ((*_prev)[target] != INVALID || (*_next)[target] != INVALID) {
460            if ((*_next)[target] == INVALID) {
461              _last[(*_bucket)[target]] = (*_prev)[target];
462              new_target = (*_prev)[target];
463            } else {
464              (*_prev)[(*_next)[target]] = (*_prev)[target];
465              new_target = (*_next)[target];
466            }
467            if ((*_prev)[target] == INVALID) {
468              _first[(*_bucket)[target]] = (*_next)[target];
469            } else {
470              (*_next)[(*_prev)[target]] = (*_next)[target];
471            }
472          } else {
473            _sets.back().pop_back();
474            if (_sets.back().empty()) {
475              _sets.pop_back();
476              if (_sets.empty())
477                break;
478              for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
479                   it != _sets.back().end(); ++it) {
480                _dormant[*it] = false;
481              }
482            }
483            new_target = _last[_sets.back().back()];
484          }
485
486          (*_bucket)[target] = 0;
487
488          (*_source_set)[target] = true;
489          for (OutArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
490            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
491            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
492            Node v = _graph.target(a);
493            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
494              activate(v);
495            }
496            (*_excess)[v] += rem;
497            (*_flow)[a] = (*_capacity)[a];
498          }
499
500          for (InArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
501            Value rem = (*_flow)[a];
502            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
503            Node v = _graph.source(a);
504            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
505              activate(v);
506            }
507            (*_excess)[v] += rem;
508            (*_flow)[a] = 0;
509          }
510
511          target = new_target;
512          if ((*_active)[target]) {
513            deactivate(target);
514          }
515
516          _highest = _sets.back().begin();
517          while (_highest != _sets.back().end() &&
518                 !(*_active)[_first[*_highest]]) {
519            ++_highest;
520          }
521        }
522      }
523    }
524
525    void findMinCutIn() {
526
527      for (NodeIt n(_graph); n != INVALID; ++n) {
528        (*_excess)[n] = 0;
529        (*_source_set)[n] = false;
530      }
531
532      for (ArcIt a(_graph); a != INVALID; ++a) {
533        (*_flow)[a] = 0;
534      }
535
536      int bucket_num = 0;
537      std::vector<Node> queue(_node_num);
538      int qfirst = 0, qlast = 0, qsep = 0;
539
540      {
541        typename Digraph::template NodeMap<bool> reached(_graph, false);
542
543        reached[_source] = true;
544
545        bool first_set = true;
546
547        for (NodeIt t(_graph); t != INVALID; ++t) {
548          if (reached[t]) continue;
549          _sets.push_front(std::list<int>());
550
551          queue[qlast++] = t;
552          reached[t] = true;
553
554          while (qfirst != qlast) {
555            if (qsep == qfirst) {
556              ++bucket_num;
557              _sets.front().push_front(bucket_num);
558              _dormant[bucket_num] = !first_set;
559              _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
560              qsep = qlast;
561            }
562
563            Node n = queue[qfirst++];
564            addItem(n, bucket_num);
565
566            for (OutArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
567              Node u = _graph.target(a);
568              if (!reached[u] && _tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
569                reached[u] = true;
570                queue[qlast++] = u;
571              }
572            }
573          }
574          first_set = false;
575        }
576
577        ++bucket_num;
578        (*_bucket)[_source] = 0;
579        _dormant[0] = true;
580      }
581      (*_source_set)[_source] = true;
582
583      Node target = _last[_sets.back().back()];
584      {
585        for (InArcIt a(_graph, _source); a != INVALID; ++a) {
586          if (_tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
587            Node u = _graph.source(a);
588            (*_flow)[a] = (*_capacity)[a];
589            (*_excess)[u] += (*_capacity)[a];
590            if (!(*_active)[u] && u != _source) {
591              activate(u);
592            }
593          }
594        }
595        if ((*_active)[target]) {
596          deactivate(target);
597        }
598
599        _highest = _sets.back().begin();
600        while (_highest != _sets.back().end() &&
601               !(*_active)[_first[*_highest]]) {
602          ++_highest;
603        }
604      }
605
606
607      while (true) {
608        while (_highest != _sets.back().end()) {
609          Node n = _first[*_highest];
610          Value excess = (*_excess)[n];
611          int next_bucket = _node_num;
612
613          int under_bucket;
614          if (++std::list<int>::iterator(_highest) == _sets.back().end()) {
615            under_bucket = -1;
616          } else {
617            under_bucket = *(++std::list<int>::iterator(_highest));
618          }
619
620          for (InArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
621            Node v = _graph.source(a);
622            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
623            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
624            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
625            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
626              if (!(*_active)[v] && v != target) {
627                activate(v);
628              }
629              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
630                (*_flow)[a] += excess;
631                (*_excess)[v] += excess;
632                excess = 0;
633                goto no_more_push;
634              } else {
635                excess -= rem;
636                (*_excess)[v] += rem;
637                (*_flow)[a] = (*_capacity)[a];
638              }
639            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
640              next_bucket = (*_bucket)[v];
641            }
642          }
643
644          for (OutArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
645            Node v = _graph.target(a);
646            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
647            Value rem = (*_flow)[a];
648            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
649            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
650              if (!(*_active)[v] && v != target) {
651                activate(v);
652              }
653              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
654                (*_flow)[a] -= excess;
655                (*_excess)[v] += excess;
656                excess = 0;
657                goto no_more_push;
658              } else {
659                excess -= rem;
660                (*_excess)[v] += rem;
661                (*_flow)[a] = 0;
662              }
663            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
664              next_bucket = (*_bucket)[v];
665            }
666          }
667
668        no_more_push:
669
670          (*_excess)[n] = excess;
671
672          if (excess != 0) {
673            if ((*_next)[n] == INVALID) {
674              typename std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
675                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
676              new_set->splice(new_set->end(), _sets.back(),
677                              _sets.back().begin(), ++_highest);
678              for (std::list<int>::iterator it = new_set->begin();
679                   it != new_set->end(); ++it) {
680                _dormant[*it] = true;
681              }
682              while (_highest != _sets.back().end() &&
683                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
684                ++_highest;
685              }
686            } else if (next_bucket == _node_num) {
687              _first[(*_bucket)[n]] = (*_next)[n];
688              (*_prev)[(*_next)[n]] = INVALID;
689
690              std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
691                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
692
693              new_set->push_front(bucket_num);
694              (*_bucket)[n] = bucket_num;
695              _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = n;
696              (*_next)[n] = INVALID;
697              (*_prev)[n] = INVALID;
698              _dormant[bucket_num] = true;
699              ++bucket_num;
700
701              while (_highest != _sets.back().end() &&
702                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
703                ++_highest;
704              }
705            } else {
706              _first[*_highest] = (*_next)[n];
707              (*_prev)[(*_next)[n]] = INVALID;
708
709              while (next_bucket != *_highest) {
710                --_highest;
711              }
712              if (_highest == _sets.back().begin()) {
713                _sets.back().push_front(bucket_num);
714                _dormant[bucket_num] = false;
715                _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
716                ++bucket_num;
717              }
718              --_highest;
719
720              (*_bucket)[n] = *_highest;
721              (*_next)[n] = _first[*_highest];
722              if (_first[*_highest] != INVALID) {
723                (*_prev)[_first[*_highest]] = n;
724              } else {
725                _last[*_highest] = n;
726              }
727              _first[*_highest] = n;
728            }
729          } else {
730
731            deactivate(n);
732            if (!(*_active)[_first[*_highest]]) {
733              ++_highest;
734              if (_highest != _sets.back().end() &&
735                  !(*_active)[_first[*_highest]]) {
736                _highest = _sets.back().end();
737              }
738            }
739          }
740        }
741
742        if ((*_excess)[target] < _min_cut) {
743          _min_cut = (*_excess)[target];
744          for (NodeIt i(_graph); i != INVALID; ++i) {
745            (*_min_cut_map)[i] = false;
746          }
747          for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
748               it != _sets.back().end(); ++it) {
749            Node n = _first[*it];
750            while (n != INVALID) {
751              (*_min_cut_map)[n] = true;
752              n = (*_next)[n];
753            }
754          }
755        }
756
757        {
758          Node new_target;
759          if ((*_prev)[target] != INVALID || (*_next)[target] != INVALID) {
760            if ((*_next)[target] == INVALID) {
761              _last[(*_bucket)[target]] = (*_prev)[target];
762              new_target = (*_prev)[target];
763            } else {
764              (*_prev)[(*_next)[target]] = (*_prev)[target];
765              new_target = (*_next)[target];
766            }
767            if ((*_prev)[target] == INVALID) {
768              _first[(*_bucket)[target]] = (*_next)[target];
769            } else {
770              (*_next)[(*_prev)[target]] = (*_next)[target];
771            }
772          } else {
773            _sets.back().pop_back();
774            if (_sets.back().empty()) {
775              _sets.pop_back();
776              if (_sets.empty())
777                break;
778              for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
779                   it != _sets.back().end(); ++it) {
780                _dormant[*it] = false;
781              }
782            }
783            new_target = _last[_sets.back().back()];
784          }
785
786          (*_bucket)[target] = 0;
787
788          (*_source_set)[target] = true;
789          for (InArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
790            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
791            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
792            Node v = _graph.source(a);
793            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
794              activate(v);
795            }
796            (*_excess)[v] += rem;
797            (*_flow)[a] = (*_capacity)[a];
798          }
799
800          for (OutArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
801            Value rem = (*_flow)[a];
802            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
803            Node v = _graph.target(a);
804            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
805              activate(v);
806            }
807            (*_excess)[v] += rem;
808            (*_flow)[a] = 0;
809          }
810
811          target = new_target;
812          if ((*_active)[target]) {
813            deactivate(target);
814          }
815
816          _highest = _sets.back().begin();
817          while (_highest != _sets.back().end() &&
818                 !(*_active)[_first[*_highest]]) {
819            ++_highest;
820          }
821        }
822      }
823    }
824
825  public:
826
827    /// \name Execution Control
828    /// The simplest way to execute the algorithm is to use
829    /// one of the member functions called \ref run().
830    /// \n
831    /// If you need better control on the execution,
832    /// you have to call one of the \ref init() functions first, then
833    /// \ref calculateOut() and/or \ref calculateIn().
834
835    /// @{
836
837    /// \brief Initialize the internal data structures.
838    ///
839    /// This function initializes the internal data structures. It creates
840    /// the maps and some bucket structures for the algorithm.
841    /// The first node is used as the source node for the push-relabel
842    /// algorithm.
843    void init() {
844      init(NodeIt(_graph));
845    }
846
847    /// \brief Initialize the internal data structures.
848    ///
849    /// This function initializes the internal data structures. It creates
850    /// the maps and some bucket structures for the algorithm.
851    /// The given node is used as the source node for the push-relabel
852    /// algorithm.
853    void init(const Node& source) {
854      _source = source;
855
856      _node_num = countNodes(_graph);
857
858      _first.resize(_node_num);
859      _last.resize(_node_num);
860
861      _dormant.resize(_node_num);
862
863      if (!_flow) {
864        _flow = new FlowMap(_graph);
865      }
866      if (!_next) {
867        _next = new typename Digraph::template NodeMap<Node>(_graph);
868      }
869      if (!_prev) {
870        _prev = new typename Digraph::template NodeMap<Node>(_graph);
871      }
872      if (!_active) {
873        _active = new typename Digraph::template NodeMap<bool>(_graph);
874      }
875      if (!_bucket) {
876        _bucket = new typename Digraph::template NodeMap<int>(_graph);
877      }
878      if (!_excess) {
879        _excess = new ExcessMap(_graph);
880      }
881      if (!_source_set) {
882        _source_set = new SourceSetMap(_graph);
883      }
884      if (!_min_cut_map) {
885        _min_cut_map = new MinCutMap(_graph);
886      }
887
888      _min_cut = std::numeric_limits<Value>::max();
889    }
890
891
892    /// \brief Calculate a minimum cut with \f$ source \f$ on the
893    /// source-side.
894    ///
895    /// This function calculates a minimum cut with \f$ source \f$ on the
896    /// source-side (i.e. a set \f$ X\subsetneq V \f$ with
897    /// \f$ source \in X \f$ and minimal outgoing capacity).
898    ///
899    /// \pre \ref init() must be called before using this function.
900    void calculateOut() {
901      findMinCutOut();
902    }
903
904    /// \brief Calculate a minimum cut with \f$ source \f$ on the
905    /// sink-side.
906    ///
907    /// This function calculates a minimum cut with \f$ source \f$ on the
908    /// sink-side (i.e. a set \f$ X\subsetneq V \f$ with
909    /// \f$ source \notin X \f$ and minimal outgoing capacity).
910    ///
911    /// \pre \ref init() must be called before using this function.
912    void calculateIn() {
913      findMinCutIn();
914    }
915
916
917    /// \brief Run the algorithm.
918    ///
919    /// This function runs the algorithm. It finds nodes \c source and
920    /// \c target arbitrarily and then calls \ref init(), \ref calculateOut()
921    /// and \ref calculateIn().
922    void run() {
923      init();
924      calculateOut();
925      calculateIn();
926    }
927
928    /// \brief Run the algorithm.
929    ///
930    /// This function runs the algorithm. It uses the given \c source node,
931    /// finds a proper \c target node and then calls the \ref init(),
932    /// \ref calculateOut() and \ref calculateIn().
933    void run(const Node& s) {
934      init(s);
935      calculateOut();
936      calculateIn();
937    }
938
939    /// @}
940
941    /// \name Query Functions
942    /// The result of the %HaoOrlin algorithm
943    /// can be obtained using these functions.\n
944    /// \ref run(), \ref calculateOut() or \ref calculateIn()
945    /// should be called before using them.
946
947    /// @{
948
949    /// \brief Return the value of the minimum cut.
950    ///
951    /// This function returns the value of the minimum cut.
952    ///
953    /// \pre \ref run(), \ref calculateOut() or \ref calculateIn()
954    /// must be called before using this function.
955    Value minCutValue() const {
956      return _min_cut;
957    }
958
959
960    /// \brief Return a minimum cut.
961    ///
962    /// This function sets \c cutMap to the characteristic vector of a
963    /// minimum value cut: it will give a non-empty set \f$ X\subsetneq V \f$
964    /// with minimal outgoing capacity (i.e. \c cutMap will be \c true exactly
965    /// for the nodes of \f$ X \f$).
966    ///
967    /// \param cutMap A \ref concepts::WriteMap "writable" node map with
968    /// \c bool (or convertible) value type.
969    ///
970    /// \return The value of the minimum cut.
971    ///
972    /// \pre \ref run(), \ref calculateOut() or \ref calculateIn()
973    /// must be called before using this function.
974    template <typename CutMap>
975    Value minCutMap(CutMap& cutMap) const {
976      for (NodeIt it(_graph); it != INVALID; ++it) {
977        cutMap.set(it, (*_min_cut_map)[it]);
978      }
979      return _min_cut;
980    }
981
982    /// @}
983
984  }; //class HaoOrlin
985
986} //namespace lemon
987
988#endif //LEMON_HAO_ORLIN_H
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.