COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon/lemon/hao_orlin.h @ 425:b8ce15103485

Last change on this file since 425:b8ce15103485 was 425:b8ce15103485, checked in by Balazs Dezso <deba@…>, 12 years ago

Port Hao-Orlin algorithm from SVN -r3509 (#58)

File size: 30.2 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) 2003-2008
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 class for testing network
35/// reliability.
36
37namespace lemon {
38
39  /// \ingroup min_cut
40  ///
41  /// \brief %Hao-Orlin algorithm to find a minimum cut in directed graphs.
42  ///
43  /// Hao-Orlin calculates a minimum cut in a directed graph
44  /// \f$D=(V,A)\f$. It takes a fixed node \f$ source \in V \f$ and
45  /// consists of two phases: in the first phase it determines a
46  /// minimum cut with \f$ source \f$ on the source-side (i.e. a set
47  /// \f$ X\subsetneq V \f$ with \f$ source \in X \f$ and minimal
48  /// out-degree) and in the second phase it determines a minimum cut
49  /// with \f$ source \f$ on the sink-side (i.e. a set
50  /// \f$ X\subsetneq V \f$ with \f$ source \notin X \f$ and minimal
51  /// out-degree). Obviously, the smaller of these two cuts will be a
52  /// minimum cut of \f$ D \f$. The algorithm is a modified
53  /// push-relabel preflow algorithm and our implementation calculates
54  /// the minimum cut in \f$ O(n^2\sqrt{m}) \f$ time (we use the
55  /// highest-label rule), or in \f$O(nm)\f$ for unit capacities. The
56  /// purpose of such algorithm is testing network reliability. For an
57  /// undirected graph you can run just the first phase of the
58  /// algorithm or you can use the algorithm of Nagamochi and Ibaraki
59  /// which solves the undirected problem in
60  /// \f$ O(nm + n^2 \log(n)) \f$ time: it is implemented in the
61  /// NagamochiIbaraki algorithm class.
62  ///
63  /// \param _Digraph is the graph type of the algorithm.
64  /// \param _CapacityMap is an edge map of capacities which should
65  /// be any numreric type. The default type is _Digraph::ArcMap<int>.
66  /// \param _Tolerance is the handler of the inexact computation. The
67  /// default type for this is Tolerance<CapacityMap::Value>.
68#ifdef DOXYGEN
69  template <typename _Digraph, typename _CapacityMap, typename _Tolerance>
70#else
71  template <typename _Digraph,
72            typename _CapacityMap = typename _Digraph::template ArcMap<int>,
73            typename _Tolerance = Tolerance<typename _CapacityMap::Value> >
74#endif
75  class HaoOrlin {
76  private:
77
78    typedef _Digraph Digraph;
79    typedef _CapacityMap CapacityMap;
80    typedef _Tolerance Tolerance;
81
82    typedef typename CapacityMap::Value Value;
83
84    TEMPLATE_GRAPH_TYPEDEFS(Digraph);
85
86    const Digraph& _graph;
87    const CapacityMap* _capacity;
88
89    typedef typename Digraph::template ArcMap<Value> FlowMap;
90    FlowMap* _flow;
91
92    Node _source;
93
94    int _node_num;
95
96    // Bucketing structure
97    std::vector<Node> _first, _last;
98    typename Digraph::template NodeMap<Node>* _next;
99    typename Digraph::template NodeMap<Node>* _prev;
100    typename Digraph::template NodeMap<bool>* _active;
101    typename Digraph::template NodeMap<int>* _bucket;
102
103    std::vector<bool> _dormant;
104
105    std::list<std::list<int> > _sets;
106    std::list<int>::iterator _highest;
107
108    typedef typename Digraph::template NodeMap<Value> ExcessMap;
109    ExcessMap* _excess;
110
111    typedef typename Digraph::template NodeMap<bool> SourceSetMap;
112    SourceSetMap* _source_set;
113
114    Value _min_cut;
115
116    typedef typename Digraph::template NodeMap<bool> MinCutMap;
117    MinCutMap* _min_cut_map;
118
119    Tolerance _tolerance;
120
121  public:
122
123    /// \brief Constructor
124    ///
125    /// Constructor of the algorithm class.
126    HaoOrlin(const Digraph& graph, const CapacityMap& capacity,
127             const Tolerance& tolerance = Tolerance()) :
128      _graph(graph), _capacity(&capacity), _flow(0), _source(),
129      _node_num(), _first(), _last(), _next(0), _prev(0),
130      _active(0), _bucket(0), _dormant(), _sets(), _highest(),
131      _excess(0), _source_set(0), _min_cut(), _min_cut_map(0),
132      _tolerance(tolerance) {}
133
134    ~HaoOrlin() {
135      if (_min_cut_map) {
136        delete _min_cut_map;
137      }
138      if (_source_set) {
139        delete _source_set;
140      }
141      if (_excess) {
142        delete _excess;
143      }
144      if (_next) {
145        delete _next;
146      }
147      if (_prev) {
148        delete _prev;
149      }
150      if (_active) {
151        delete _active;
152      }
153      if (_bucket) {
154        delete _bucket;
155      }
156      if (_flow) {
157        delete _flow;
158      }
159    }
160
161  private:
162
163    void activate(const Node& i) {
164      _active->set(i, true);
165
166      int bucket = (*_bucket)[i];
167
168      if ((*_prev)[i] == INVALID || (*_active)[(*_prev)[i]]) return;
169      //unlace
170      _next->set((*_prev)[i], (*_next)[i]);
171      if ((*_next)[i] != INVALID) {
172        _prev->set((*_next)[i], (*_prev)[i]);
173      } else {
174        _last[bucket] = (*_prev)[i];
175      }
176      //lace
177      _next->set(i, _first[bucket]);
178      _prev->set(_first[bucket], i);
179      _prev->set(i, INVALID);
180      _first[bucket] = i;
181    }
182
183    void deactivate(const Node& i) {
184      _active->set(i, false);
185      int bucket = (*_bucket)[i];
186
187      if ((*_next)[i] == INVALID || !(*_active)[(*_next)[i]]) return;
188
189      //unlace
190      _prev->set((*_next)[i], (*_prev)[i]);
191      if ((*_prev)[i] != INVALID) {
192        _next->set((*_prev)[i], (*_next)[i]);
193      } else {
194        _first[bucket] = (*_next)[i];
195      }
196      //lace
197      _prev->set(i, _last[bucket]);
198      _next->set(_last[bucket], i);
199      _next->set(i, INVALID);
200      _last[bucket] = i;
201    }
202
203    void addItem(const Node& i, int bucket) {
204      (*_bucket)[i] = bucket;
205      if (_last[bucket] != INVALID) {
206        _prev->set(i, _last[bucket]);
207        _next->set(_last[bucket], i);
208        _next->set(i, INVALID);
209        _last[bucket] = i;
210      } else {
211        _prev->set(i, INVALID);
212        _first[bucket] = i;
213        _next->set(i, INVALID);
214        _last[bucket] = i;
215      }
216    }
217
218    void findMinCutOut() {
219
220      for (NodeIt n(_graph); n != INVALID; ++n) {
221        _excess->set(n, 0);
222      }
223
224      for (ArcIt a(_graph); a != INVALID; ++a) {
225        _flow->set(a, 0);
226      }
227
228      int bucket_num = 1;
229
230      {
231        typename Digraph::template NodeMap<bool> reached(_graph, false);
232
233        reached.set(_source, true);
234
235        bool first_set = true;
236
237        for (NodeIt t(_graph); t != INVALID; ++t) {
238          if (reached[t]) continue;
239          _sets.push_front(std::list<int>());
240          _sets.front().push_front(bucket_num);
241          _dormant[bucket_num] = !first_set;
242
243          _bucket->set(t, bucket_num);
244          _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = t;
245          _next->set(t, INVALID);
246          _prev->set(t, INVALID);
247
248          ++bucket_num;
249
250          std::vector<Node> queue;
251          queue.push_back(t);
252          reached.set(t, true);
253
254          while (!queue.empty()) {
255            _sets.front().push_front(bucket_num);
256            _dormant[bucket_num] = !first_set;
257            _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
258
259            std::vector<Node> nqueue;
260            for (int i = 0; i < int(queue.size()); ++i) {
261              Node n = queue[i];
262              for (InArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
263                Node u = _graph.source(a);
264                if (!reached[u] && _tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
265                  reached.set(u, true);
266                  addItem(u, bucket_num);
267                  nqueue.push_back(u);
268                }
269              }
270            }
271            queue.swap(nqueue);
272            ++bucket_num;
273          }
274          _sets.front().pop_front();
275          --bucket_num;
276          first_set = false;
277        }
278
279        _bucket->set(_source, 0);
280        _dormant[0] = true;
281      }
282      _source_set->set(_source, true);
283
284      Node target = _last[_sets.back().back()];
285      {
286        for (OutArcIt a(_graph, _source); a != INVALID; ++a) {
287          if (_tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
288            Node u = _graph.target(a);
289            _flow->set(a, (*_capacity)[a]);
290            _excess->set(u, (*_excess)[u] + (*_capacity)[a]);
291            if (!(*_active)[u] && u != _source) {
292              activate(u);
293            }
294          }
295        }
296
297        if ((*_active)[target]) {
298          deactivate(target);
299        }
300
301        _highest = _sets.back().begin();
302        while (_highest != _sets.back().end() &&
303               !(*_active)[_first[*_highest]]) {
304          ++_highest;
305        }
306      }
307
308      while (true) {
309        while (_highest != _sets.back().end()) {
310          Node n = _first[*_highest];
311          Value excess = (*_excess)[n];
312          int next_bucket = _node_num;
313
314          int under_bucket;
315          if (++std::list<int>::iterator(_highest) == _sets.back().end()) {
316            under_bucket = -1;
317          } else {
318            under_bucket = *(++std::list<int>::iterator(_highest));
319          }
320
321          for (OutArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
322            Node v = _graph.target(a);
323            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
324            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
325            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
326            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
327              if (!(*_active)[v] && v != target) {
328                activate(v);
329              }
330              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
331                _flow->set(a, (*_flow)[a] + excess);
332                _excess->set(v, (*_excess)[v] + excess);
333                excess = 0;
334                goto no_more_push;
335              } else {
336                excess -= rem;
337                _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
338                _flow->set(a, (*_capacity)[a]);
339              }
340            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
341              next_bucket = (*_bucket)[v];
342            }
343          }
344
345          for (InArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
346            Node v = _graph.source(a);
347            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
348            Value rem = (*_flow)[a];
349            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
350            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
351              if (!(*_active)[v] && v != target) {
352                activate(v);
353              }
354              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
355                _flow->set(a, (*_flow)[a] - excess);
356                _excess->set(v, (*_excess)[v] + excess);
357                excess = 0;
358                goto no_more_push;
359              } else {
360                excess -= rem;
361                _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
362                _flow->set(a, 0);
363              }
364            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
365              next_bucket = (*_bucket)[v];
366            }
367          }
368
369        no_more_push:
370
371          _excess->set(n, excess);
372
373          if (excess != 0) {
374            if ((*_next)[n] == INVALID) {
375              typename std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
376                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
377              new_set->splice(new_set->end(), _sets.back(),
378                              _sets.back().begin(), ++_highest);
379              for (std::list<int>::iterator it = new_set->begin();
380                   it != new_set->end(); ++it) {
381                _dormant[*it] = true;
382              }
383              while (_highest != _sets.back().end() &&
384                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
385                ++_highest;
386              }
387            } else if (next_bucket == _node_num) {
388              _first[(*_bucket)[n]] = (*_next)[n];
389              _prev->set((*_next)[n], INVALID);
390
391              std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
392                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
393
394              new_set->push_front(bucket_num);
395              _bucket->set(n, bucket_num);
396              _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = n;
397              _next->set(n, INVALID);
398              _prev->set(n, INVALID);
399              _dormant[bucket_num] = true;
400              ++bucket_num;
401
402              while (_highest != _sets.back().end() &&
403                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
404                ++_highest;
405              }
406            } else {
407              _first[*_highest] = (*_next)[n];
408              _prev->set((*_next)[n], INVALID);
409
410              while (next_bucket != *_highest) {
411                --_highest;
412              }
413
414              if (_highest == _sets.back().begin()) {
415                _sets.back().push_front(bucket_num);
416                _dormant[bucket_num] = false;
417                _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
418                ++bucket_num;
419              }
420              --_highest;
421
422              _bucket->set(n, *_highest);
423              _next->set(n, _first[*_highest]);
424              if (_first[*_highest] != INVALID) {
425                _prev->set(_first[*_highest], n);
426              } else {
427                _last[*_highest] = n;
428              }
429              _first[*_highest] = n;
430            }
431          } else {
432
433            deactivate(n);
434            if (!(*_active)[_first[*_highest]]) {
435              ++_highest;
436              if (_highest != _sets.back().end() &&
437                  !(*_active)[_first[*_highest]]) {
438                _highest = _sets.back().end();
439              }
440            }
441          }
442        }
443
444        if ((*_excess)[target] < _min_cut) {
445          _min_cut = (*_excess)[target];
446          for (NodeIt i(_graph); i != INVALID; ++i) {
447            _min_cut_map->set(i, true);
448          }
449          for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
450               it != _sets.back().end(); ++it) {
451            Node n = _first[*it];
452            while (n != INVALID) {
453              _min_cut_map->set(n, false);
454              n = (*_next)[n];
455            }
456          }
457        }
458
459        {
460          Node new_target;
461          if ((*_prev)[target] != INVALID || (*_next)[target] != INVALID) {
462            if ((*_next)[target] == INVALID) {
463              _last[(*_bucket)[target]] = (*_prev)[target];
464              new_target = (*_prev)[target];
465            } else {
466              _prev->set((*_next)[target], (*_prev)[target]);
467              new_target = (*_next)[target];
468            }
469            if ((*_prev)[target] == INVALID) {
470              _first[(*_bucket)[target]] = (*_next)[target];
471            } else {
472              _next->set((*_prev)[target], (*_next)[target]);
473            }
474          } else {
475            _sets.back().pop_back();
476            if (_sets.back().empty()) {
477              _sets.pop_back();
478              if (_sets.empty())
479                break;
480              for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
481                   it != _sets.back().end(); ++it) {
482                _dormant[*it] = false;
483              }
484            }
485            new_target = _last[_sets.back().back()];
486          }
487
488          _bucket->set(target, 0);
489
490          _source_set->set(target, true);
491          for (OutArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
492            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
493            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
494            Node v = _graph.target(a);
495            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
496              activate(v);
497            }
498            _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
499            _flow->set(a, (*_capacity)[a]);
500          }
501
502          for (InArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
503            Value rem = (*_flow)[a];
504            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
505            Node v = _graph.source(a);
506            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
507              activate(v);
508            }
509            _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
510            _flow->set(a, 0);
511          }
512
513          target = new_target;
514          if ((*_active)[target]) {
515            deactivate(target);
516          }
517
518          _highest = _sets.back().begin();
519          while (_highest != _sets.back().end() &&
520                 !(*_active)[_first[*_highest]]) {
521            ++_highest;
522          }
523        }
524      }
525    }
526
527    void findMinCutIn() {
528
529      for (NodeIt n(_graph); n != INVALID; ++n) {
530        _excess->set(n, 0);
531      }
532
533      for (ArcIt a(_graph); a != INVALID; ++a) {
534        _flow->set(a, 0);
535      }
536
537      int bucket_num = 1;
538
539      {
540        typename Digraph::template NodeMap<bool> reached(_graph, false);
541
542        reached.set(_source, true);
543
544        bool first_set = true;
545
546        for (NodeIt t(_graph); t != INVALID; ++t) {
547          if (reached[t]) continue;
548          _sets.push_front(std::list<int>());
549          _sets.front().push_front(bucket_num);
550          _dormant[bucket_num] = !first_set;
551
552          _bucket->set(t, bucket_num);
553          _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = t;
554          _next->set(t, INVALID);
555          _prev->set(t, INVALID);
556
557          ++bucket_num;
558
559          std::vector<Node> queue;
560          queue.push_back(t);
561          reached.set(t, true);
562
563          while (!queue.empty()) {
564            _sets.front().push_front(bucket_num);
565            _dormant[bucket_num] = !first_set;
566            _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
567
568            std::vector<Node> nqueue;
569            for (int i = 0; i < int(queue.size()); ++i) {
570              Node n = queue[i];
571              for (OutArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
572                Node u = _graph.target(a);
573                if (!reached[u] && _tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
574                  reached.set(u, true);
575                  addItem(u, bucket_num);
576                  nqueue.push_back(u);
577                }
578              }
579            }
580            queue.swap(nqueue);
581            ++bucket_num;
582          }
583          _sets.front().pop_front();
584          --bucket_num;
585          first_set = false;
586        }
587
588        _bucket->set(_source, 0);
589        _dormant[0] = true;
590      }
591      _source_set->set(_source, true);
592
593      Node target = _last[_sets.back().back()];
594      {
595        for (InArcIt a(_graph, _source); a != INVALID; ++a) {
596          if (_tolerance.positive((*_capacity)[a])) {
597            Node u = _graph.source(a);
598            _flow->set(a, (*_capacity)[a]);
599            _excess->set(u, (*_excess)[u] + (*_capacity)[a]);
600            if (!(*_active)[u] && u != _source) {
601              activate(u);
602            }
603          }
604        }
605        if ((*_active)[target]) {
606          deactivate(target);
607        }
608
609        _highest = _sets.back().begin();
610        while (_highest != _sets.back().end() &&
611               !(*_active)[_first[*_highest]]) {
612          ++_highest;
613        }
614      }
615
616
617      while (true) {
618        while (_highest != _sets.back().end()) {
619          Node n = _first[*_highest];
620          Value excess = (*_excess)[n];
621          int next_bucket = _node_num;
622
623          int under_bucket;
624          if (++std::list<int>::iterator(_highest) == _sets.back().end()) {
625            under_bucket = -1;
626          } else {
627            under_bucket = *(++std::list<int>::iterator(_highest));
628          }
629
630          for (InArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
631            Node v = _graph.source(a);
632            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
633            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
634            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
635            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
636              if (!(*_active)[v] && v != target) {
637                activate(v);
638              }
639              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
640                _flow->set(a, (*_flow)[a] + excess);
641                _excess->set(v, (*_excess)[v] + excess);
642                excess = 0;
643                goto no_more_push;
644              } else {
645                excess -= rem;
646                _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
647                _flow->set(a, (*_capacity)[a]);
648              }
649            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
650              next_bucket = (*_bucket)[v];
651            }
652          }
653
654          for (OutArcIt a(_graph, n); a != INVALID; ++a) {
655            Node v = _graph.target(a);
656            if (_dormant[(*_bucket)[v]]) continue;
657            Value rem = (*_flow)[a];
658            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
659            if ((*_bucket)[v] == under_bucket) {
660              if (!(*_active)[v] && v != target) {
661                activate(v);
662              }
663              if (!_tolerance.less(rem, excess)) {
664                _flow->set(a, (*_flow)[a] - excess);
665                _excess->set(v, (*_excess)[v] + excess);
666                excess = 0;
667                goto no_more_push;
668              } else {
669                excess -= rem;
670                _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
671                _flow->set(a, 0);
672              }
673            } else if (next_bucket > (*_bucket)[v]) {
674              next_bucket = (*_bucket)[v];
675            }
676          }
677
678        no_more_push:
679
680          _excess->set(n, excess);
681
682          if (excess != 0) {
683            if ((*_next)[n] == INVALID) {
684              typename std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
685                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
686              new_set->splice(new_set->end(), _sets.back(),
687                              _sets.back().begin(), ++_highest);
688              for (std::list<int>::iterator it = new_set->begin();
689                   it != new_set->end(); ++it) {
690                _dormant[*it] = true;
691              }
692              while (_highest != _sets.back().end() &&
693                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
694                ++_highest;
695              }
696            } else if (next_bucket == _node_num) {
697              _first[(*_bucket)[n]] = (*_next)[n];
698              _prev->set((*_next)[n], INVALID);
699
700              std::list<std::list<int> >::iterator new_set =
701                _sets.insert(--_sets.end(), std::list<int>());
702
703              new_set->push_front(bucket_num);
704              _bucket->set(n, bucket_num);
705              _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = n;
706              _next->set(n, INVALID);
707              _prev->set(n, INVALID);
708              _dormant[bucket_num] = true;
709              ++bucket_num;
710
711              while (_highest != _sets.back().end() &&
712                     !(*_active)[_first[*_highest]]) {
713                ++_highest;
714              }
715            } else {
716              _first[*_highest] = (*_next)[n];
717              _prev->set((*_next)[n], INVALID);
718
719              while (next_bucket != *_highest) {
720                --_highest;
721              }
722              if (_highest == _sets.back().begin()) {
723                _sets.back().push_front(bucket_num);
724                _dormant[bucket_num] = false;
725                _first[bucket_num] = _last[bucket_num] = INVALID;
726                ++bucket_num;
727              }
728              --_highest;
729
730              _bucket->set(n, *_highest);
731              _next->set(n, _first[*_highest]);
732              if (_first[*_highest] != INVALID) {
733                _prev->set(_first[*_highest], n);
734              } else {
735                _last[*_highest] = n;
736              }
737              _first[*_highest] = n;
738            }
739          } else {
740
741            deactivate(n);
742            if (!(*_active)[_first[*_highest]]) {
743              ++_highest;
744              if (_highest != _sets.back().end() &&
745                  !(*_active)[_first[*_highest]]) {
746                _highest = _sets.back().end();
747              }
748            }
749          }
750        }
751
752        if ((*_excess)[target] < _min_cut) {
753          _min_cut = (*_excess)[target];
754          for (NodeIt i(_graph); i != INVALID; ++i) {
755            _min_cut_map->set(i, false);
756          }
757          for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
758               it != _sets.back().end(); ++it) {
759            Node n = _first[*it];
760            while (n != INVALID) {
761              _min_cut_map->set(n, true);
762              n = (*_next)[n];
763            }
764          }
765        }
766
767        {
768          Node new_target;
769          if ((*_prev)[target] != INVALID || (*_next)[target] != INVALID) {
770            if ((*_next)[target] == INVALID) {
771              _last[(*_bucket)[target]] = (*_prev)[target];
772              new_target = (*_prev)[target];
773            } else {
774              _prev->set((*_next)[target], (*_prev)[target]);
775              new_target = (*_next)[target];
776            }
777            if ((*_prev)[target] == INVALID) {
778              _first[(*_bucket)[target]] = (*_next)[target];
779            } else {
780              _next->set((*_prev)[target], (*_next)[target]);
781            }
782          } else {
783            _sets.back().pop_back();
784            if (_sets.back().empty()) {
785              _sets.pop_back();
786              if (_sets.empty())
787                break;
788              for (std::list<int>::iterator it = _sets.back().begin();
789                   it != _sets.back().end(); ++it) {
790                _dormant[*it] = false;
791              }
792            }
793            new_target = _last[_sets.back().back()];
794          }
795
796          _bucket->set(target, 0);
797
798          _source_set->set(target, true);
799          for (InArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
800            Value rem = (*_capacity)[a] - (*_flow)[a];
801            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
802            Node v = _graph.source(a);
803            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
804              activate(v);
805            }
806            _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
807            _flow->set(a, (*_capacity)[a]);
808          }
809
810          for (OutArcIt a(_graph, target); a != INVALID; ++a) {
811            Value rem = (*_flow)[a];
812            if (!_tolerance.positive(rem)) continue;
813            Node v = _graph.target(a);
814            if (!(*_active)[v] && !(*_source_set)[v]) {
815              activate(v);
816            }
817            _excess->set(v, (*_excess)[v] + rem);
818            _flow->set(a, 0);
819          }
820
821          target = new_target;
822          if ((*_active)[target]) {
823            deactivate(target);
824          }
825
826          _highest = _sets.back().begin();
827          while (_highest != _sets.back().end() &&
828                 !(*_active)[_first[*_highest]]) {
829            ++_highest;
830          }
831        }
832      }
833    }
834
835  public:
836
837    /// \name Execution control
838    /// The simplest way to execute the algorithm is to use
839    /// one of the member functions called \c run(...).
840    /// \n
841    /// If you need more control on the execution,
842    /// first you must call \ref init(), then the \ref calculateIn() or
843    /// \ref calculateIn() functions.
844
845    /// @{
846
847    /// \brief Initializes the internal data structures.
848    ///
849    /// Initializes the internal data structures. It creates
850    /// the maps, residual graph adaptors and some bucket structures
851    /// for the algorithm.
852    void init() {
853      init(NodeIt(_graph));
854    }
855
856    /// \brief Initializes the internal data structures.
857    ///
858    /// Initializes the internal data structures. It creates
859    /// the maps, residual graph adaptor and some bucket structures
860    /// for the algorithm. Node \c source  is used as the push-relabel
861    /// algorithm's source.
862    void init(const Node& source) {
863      _source = source;
864
865      _node_num = countNodes(_graph);
866
867      _first.resize(_node_num + 1);
868      _last.resize(_node_num + 1);
869
870      _dormant.resize(_node_num + 1);
871
872      if (!_flow) {
873        _flow = new FlowMap(_graph);
874      }
875      if (!_next) {
876        _next = new typename Digraph::template NodeMap<Node>(_graph);
877      }
878      if (!_prev) {
879        _prev = new typename Digraph::template NodeMap<Node>(_graph);
880      }
881      if (!_active) {
882        _active = new typename Digraph::template NodeMap<bool>(_graph);
883      }
884      if (!_bucket) {
885        _bucket = new typename Digraph::template NodeMap<int>(_graph);
886      }
887      if (!_excess) {
888        _excess = new ExcessMap(_graph);
889      }
890      if (!_source_set) {
891        _source_set = new SourceSetMap(_graph);
892      }
893      if (!_min_cut_map) {
894        _min_cut_map = new MinCutMap(_graph);
895      }
896
897      _min_cut = std::numeric_limits<Value>::max();
898    }
899
900
901    /// \brief Calculates a minimum cut with \f$ source \f$ on the
902    /// source-side.
903    ///
904    /// Calculates a minimum cut with \f$ source \f$ on the
905    /// source-side (i.e. a set \f$ X\subsetneq V \f$ with \f$ source
906    /// \in X \f$ and minimal out-degree).
907    void calculateOut() {
908      findMinCutOut();
909    }
910
911    /// \brief Calculates a minimum cut with \f$ source \f$ on the
912    /// target-side.
913    ///
914    /// Calculates a minimum cut with \f$ source \f$ on the
915    /// target-side (i.e. a set \f$ X\subsetneq V \f$ with \f$ source
916    /// \in X \f$ and minimal out-degree).
917    void calculateIn() {
918      findMinCutIn();
919    }
920
921
922    /// \brief Runs the algorithm.
923    ///
924    /// Runs the algorithm. It finds nodes \c source and \c target
925    /// arbitrarily and then calls \ref init(), \ref calculateOut()
926    /// and \ref calculateIn().
927    void run() {
928      init();
929      calculateOut();
930      calculateIn();
931    }
932
933    /// \brief Runs the algorithm.
934    ///
935    /// Runs the algorithm. It uses the given \c source node, finds a
936    /// proper \c target and then calls the \ref init(), \ref
937    /// calculateOut() and \ref calculateIn().
938    void run(const Node& s) {
939      init(s);
940      calculateOut();
941      calculateIn();
942    }
943
944    /// @}
945
946    /// \name Query Functions
947    /// The result of the %HaoOrlin algorithm
948    /// can be obtained using these functions.
949    /// \n
950    /// Before using these functions, either \ref run(), \ref
951    /// calculateOut() or \ref calculateIn() must be called.
952
953    /// @{
954
955    /// \brief Returns the value of the minimum value cut.
956    ///
957    /// Returns the value of the minimum value cut.
958    Value minCutValue() const {
959      return _min_cut;
960    }
961
962
963    /// \brief Returns a minimum cut.
964    ///
965    /// Sets \c nodeMap to the characteristic vector of a minimum
966    /// value cut: it will give a nonempty set \f$ X\subsetneq V \f$
967    /// with minimal out-degree (i.e. \c nodeMap will be true exactly
968    /// for the nodes of \f$ X \f$).  \pre nodeMap should be a
969    /// bool-valued node-map.
970    template <typename NodeMap>
971    Value minCutMap(NodeMap& nodeMap) const {
972      for (NodeIt it(_graph); it != INVALID; ++it) {
973        nodeMap.set(it, (*_min_cut_map)[it]);
974      }
975      return _min_cut;
976    }
977
978    /// @}
979
980  }; //class HaoOrlin
981
982
983} //namespace lemon
984
985#endif //LEMON_HAO_ORLIN_H
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.