COIN-OR::LEMON - Graph Library

source: lemon/test/min_cost_flow_test.cc @ 715:7e13120d90a2

Last change on this file since 715:7e13120d90a2 was 711:cc61d09f053b, checked in by Peter Kovacs <kpeter@…>, 15 years ago

Extend min cost flow test file + check dual costs (#291)

File size: 14.0 KB
RevLine 
[648]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#include <iostream>
20#include <fstream>
[687]21#include <limits>
[648]22
23#include <lemon/list_graph.h>
24#include <lemon/lgf_reader.h>
25
26#include <lemon/network_simplex.h>
27
28#include <lemon/concepts/digraph.h>
29#include <lemon/concept_check.h>
30
31#include "test_tools.h"
32
33using namespace lemon;
34
35char test_lgf[] =
36  "@nodes\n"
[687]37  "label  sup1 sup2 sup3 sup4 sup5 sup6\n"
38  "    1    20   27    0   30   20   30\n"
39  "    2    -4    0    0    0   -8   -3\n"
40  "    3     0    0    0    0    0    0\n"
41  "    4     0    0    0    0    0    0\n"
42  "    5     9    0    0    0    6   11\n"
43  "    6    -6    0    0    0   -5   -6\n"
44  "    7     0    0    0    0    0    0\n"
45  "    8     0    0    0    0    0    3\n"
46  "    9     3    0    0    0    0    0\n"
47  "   10    -2    0    0    0   -7   -2\n"
48  "   11     0    0    0    0  -10    0\n"
49  "   12   -20  -27    0  -30  -30  -20\n"
50  "\n"               
[648]51  "@arcs\n"
[687]52  "       cost  cap low1 low2 low3\n"
53  " 1  2    70   11    0    8    8\n"
54  " 1  3   150    3    0    1    0\n"
55  " 1  4    80   15    0    2    2\n"
56  " 2  8    80   12    0    0    0\n"
57  " 3  5   140    5    0    3    1\n"
58  " 4  6    60   10    0    1    0\n"
59  " 4  7    80    2    0    0    0\n"
60  " 4  8   110    3    0    0    0\n"
61  " 5  7    60   14    0    0    0\n"
62  " 5 11   120   12    0    0    0\n"
63  " 6  3     0    3    0    0    0\n"
64  " 6  9   140    4    0    0    0\n"
65  " 6 10    90    8    0    0    0\n"
66  " 7  1    30    5    0    0   -5\n"
67  " 8 12    60   16    0    4    3\n"
68  " 9 12    50    6    0    0    0\n"
69  "10 12    70   13    0    5    2\n"
70  "10  2   100    7    0    0    0\n"
71  "10  7    60   10    0    0   -3\n"
72  "11 10    20   14    0    6  -20\n"
73  "12 11    30   10    0    0  -10\n"
[648]74  "\n"
75  "@attributes\n"
76  "source 1\n"
77  "target 12\n";
78
79
[687]80enum SupplyType {
[656]81  EQ,
82  GEQ,
83  LEQ
84};
85
[648]86// Check the interface of an MCF algorithm
[689]87template <typename GR, typename Value, typename Cost>
[648]88class McfClassConcept
89{
90public:
91
92  template <typename MCF>
93  struct Constraints {
94    void constraints() {
95      checkConcept<concepts::Digraph, GR>();
96
[652]97      MCF mcf(g);
[689]98      const MCF& const_mcf = mcf;
[648]99
[653]100      b = mcf.reset()
101             .lowerMap(lower)
[652]102             .upperMap(upper)
103             .costMap(cost)
104             .supplyMap(sup)
105             .stSupply(n, n, k)
106             .run();
107
[687]108      c = const_mcf.totalCost();
[689]109      x = const_mcf.template totalCost<double>();
[656]110      v = const_mcf.flow(a);
[687]111      c = const_mcf.potential(n);
[689]112      const_mcf.flowMap(fm);
113      const_mcf.potentialMap(pm);
[648]114    }
115
116    typedef typename GR::Node Node;
117    typedef typename GR::Arc Arc;
[689]118    typedef concepts::ReadMap<Node, Value> NM;
119    typedef concepts::ReadMap<Arc, Value> VAM;
[654]120    typedef concepts::ReadMap<Arc, Cost> CAM;
[689]121    typedef concepts::WriteMap<Arc, Value> FlowMap;
122    typedef concepts::WriteMap<Node, Cost> PotMap;
[648]123
124    const GR &g;
[689]125    const VAM &lower;
126    const VAM &upper;
[654]127    const CAM &cost;
[648]128    const NM &sup;
129    const Node &n;
130    const Arc &a;
[689]131    const Value &k;
132    FlowMap fm;
133    PotMap pm;
[652]134    bool b;
[689]135    double x;
136    typename MCF::Value v;
137    typename MCF::Cost c;
[648]138  };
139
140};
141
142
143// Check the feasibility of the given flow (primal soluiton)
144template < typename GR, typename LM, typename UM,
145           typename SM, typename FM >
146bool checkFlow( const GR& gr, const LM& lower, const UM& upper,
[656]147                const SM& supply, const FM& flow,
[687]148                SupplyType type = EQ )
[648]149{
150  TEMPLATE_DIGRAPH_TYPEDEFS(GR);
151
152  for (ArcIt e(gr); e != INVALID; ++e) {
153    if (flow[e] < lower[e] || flow[e] > upper[e]) return false;
154  }
155
156  for (NodeIt n(gr); n != INVALID; ++n) {
157    typename SM::Value sum = 0;
158    for (OutArcIt e(gr, n); e != INVALID; ++e)
159      sum += flow[e];
160    for (InArcIt e(gr, n); e != INVALID; ++e)
161      sum -= flow[e];
[656]162    bool b = (type ==  EQ && sum == supply[n]) ||
163             (type == GEQ && sum >= supply[n]) ||
164             (type == LEQ && sum <= supply[n]);
165    if (!b) return false;
[648]166  }
167
168  return true;
169}
170
171// Check the feasibility of the given potentials (dual soluiton)
[652]172// using the "Complementary Slackness" optimality condition
[648]173template < typename GR, typename LM, typename UM,
[656]174           typename CM, typename SM, typename FM, typename PM >
[648]175bool checkPotential( const GR& gr, const LM& lower, const UM& upper,
[656]176                     const CM& cost, const SM& supply, const FM& flow,
[711]177                     const PM& pi, SupplyType type )
[648]178{
179  TEMPLATE_DIGRAPH_TYPEDEFS(GR);
180
181  bool opt = true;
182  for (ArcIt e(gr); opt && e != INVALID; ++e) {
183    typename CM::Value red_cost =
184      cost[e] + pi[gr.source(e)] - pi[gr.target(e)];
185    opt = red_cost == 0 ||
186          (red_cost > 0 && flow[e] == lower[e]) ||
187          (red_cost < 0 && flow[e] == upper[e]);
188  }
[656]189 
190  for (NodeIt n(gr); opt && n != INVALID; ++n) {
191    typename SM::Value sum = 0;
192    for (OutArcIt e(gr, n); e != INVALID; ++e)
193      sum += flow[e];
194    for (InArcIt e(gr, n); e != INVALID; ++e)
195      sum -= flow[e];
[711]196    if (type != LEQ) {
197      opt = (pi[n] <= 0) && (sum == supply[n] || pi[n] == 0);
198    } else {
199      opt = (pi[n] >= 0) && (sum == supply[n] || pi[n] == 0);
200    }
[656]201  }
202 
[648]203  return opt;
204}
205
[711]206// Check whether the dual cost is equal to the primal cost
207template < typename GR, typename LM, typename UM,
208           typename CM, typename SM, typename PM >
209bool checkDualCost( const GR& gr, const LM& lower, const UM& upper,
210                    const CM& cost, const SM& supply, const PM& pi,
211                    typename CM::Value total )
212{
213  TEMPLATE_DIGRAPH_TYPEDEFS(GR);
214
215  typename CM::Value dual_cost = 0;
216  SM red_supply(gr);
217  for (NodeIt n(gr); n != INVALID; ++n) {
218    red_supply[n] = supply[n];
219  }
220  for (ArcIt a(gr); a != INVALID; ++a) {
221    if (lower[a] != 0) {
222      dual_cost += lower[a] * cost[a];
223      red_supply[gr.source(a)] -= lower[a];
224      red_supply[gr.target(a)] += lower[a];
225    }
226  }
227 
228  for (NodeIt n(gr); n != INVALID; ++n) {
229    dual_cost -= red_supply[n] * pi[n];
230  }
231  for (ArcIt a(gr); a != INVALID; ++a) {
232    typename CM::Value red_cost =
233      cost[a] + pi[gr.source(a)] - pi[gr.target(a)];
234    dual_cost -= (upper[a] - lower[a]) * std::max(-red_cost, 0);
235  }
236 
237  return dual_cost == total;
238}
239
[648]240// Run a minimum cost flow algorithm and check the results
241template < typename MCF, typename GR,
242           typename LM, typename UM,
[687]243           typename CM, typename SM,
244           typename PT >
245void checkMcf( const MCF& mcf, PT mcf_result,
[648]246               const GR& gr, const LM& lower, const UM& upper,
247               const CM& cost, const SM& supply,
[687]248               PT result, bool optimal, typename CM::Value total,
[656]249               const std::string &test_id = "",
[687]250               SupplyType type = EQ )
[648]251{
252  check(mcf_result == result, "Wrong result " + test_id);
[687]253  if (optimal) {
[689]254    typename GR::template ArcMap<typename SM::Value> flow(gr);
255    typename GR::template NodeMap<typename CM::Value> pi(gr);
256    mcf.flowMap(flow);
257    mcf.potentialMap(pi);
258    check(checkFlow(gr, lower, upper, supply, flow, type),
[648]259          "The flow is not feasible " + test_id);
260    check(mcf.totalCost() == total, "The flow is not optimal " + test_id);
[711]261    check(checkPotential(gr, lower, upper, cost, supply, flow, pi, type),
[648]262          "Wrong potentials " + test_id);
[711]263    check(checkDualCost(gr, lower, upper, cost, supply, pi, total),
264          "Wrong dual cost " + test_id);
[648]265  }
266}
267
268int main()
269{
270  // Check the interfaces
271  {
[662]272    typedef concepts::Digraph GR;
[689]273    checkConcept< McfClassConcept<GR, int, int>,
274                  NetworkSimplex<GR> >();
275    checkConcept< McfClassConcept<GR, double, double>,
276                  NetworkSimplex<GR, double> >();
277    checkConcept< McfClassConcept<GR, int, double>,
278                  NetworkSimplex<GR, int, double> >();
[648]279  }
280
281  // Run various MCF tests
282  typedef ListDigraph Digraph;
283  DIGRAPH_TYPEDEFS(ListDigraph);
284
285  // Read the test digraph
286  Digraph gr;
[687]287  Digraph::ArcMap<int> c(gr), l1(gr), l2(gr), l3(gr), u(gr);
288  Digraph::NodeMap<int> s1(gr), s2(gr), s3(gr), s4(gr), s5(gr), s6(gr);
[652]289  ConstMap<Arc, int> cc(1), cu(std::numeric_limits<int>::max());
[648]290  Node v, w;
291
292  std::istringstream input(test_lgf);
293  DigraphReader<Digraph>(gr, input)
294    .arcMap("cost", c)
295    .arcMap("cap", u)
296    .arcMap("low1", l1)
297    .arcMap("low2", l2)
[687]298    .arcMap("low3", l3)
[648]299    .nodeMap("sup1", s1)
300    .nodeMap("sup2", s2)
301    .nodeMap("sup3", s3)
[656]302    .nodeMap("sup4", s4)
303    .nodeMap("sup5", s5)
[687]304    .nodeMap("sup6", s6)
[648]305    .node("source", v)
306    .node("target", w)
307    .run();
[687]308 
[711]309  // Build test digraphs with negative costs
310  Digraph neg_gr;
311  Node n1 = neg_gr.addNode();
312  Node n2 = neg_gr.addNode();
313  Node n3 = neg_gr.addNode();
314  Node n4 = neg_gr.addNode();
315  Node n5 = neg_gr.addNode();
316  Node n6 = neg_gr.addNode();
317  Node n7 = neg_gr.addNode();
[687]318 
[711]319  Arc a1 = neg_gr.addArc(n1, n2);
320  Arc a2 = neg_gr.addArc(n1, n3);
321  Arc a3 = neg_gr.addArc(n2, n4);
322  Arc a4 = neg_gr.addArc(n3, n4);
323  Arc a5 = neg_gr.addArc(n3, n2);
324  Arc a6 = neg_gr.addArc(n5, n3);
325  Arc a7 = neg_gr.addArc(n5, n6);
326  Arc a8 = neg_gr.addArc(n6, n7);
327  Arc a9 = neg_gr.addArc(n7, n5);
[687]328 
[711]329  Digraph::ArcMap<int> neg_c(neg_gr), neg_l1(neg_gr, 0), neg_l2(neg_gr, 0);
330  ConstMap<Arc, int> neg_u1(std::numeric_limits<int>::max()), neg_u2(5000);
331  Digraph::NodeMap<int> neg_s(neg_gr, 0);
[687]332 
[711]333  neg_l2[a7] =  1000;
334  neg_l2[a8] = -1000;
[687]335 
[711]336  neg_s[n1] =  100;
337  neg_s[n4] = -100;
[687]338 
[711]339  neg_c[a1] =  100;
340  neg_c[a2] =   30;
341  neg_c[a3] =   20;
342  neg_c[a4] =   80;
343  neg_c[a5] =   50;
344  neg_c[a6] =   10;
345  neg_c[a7] =   80;
346  neg_c[a8] =   30;
347  neg_c[a9] = -120;
348
349  Digraph negs_gr;
350  Digraph::NodeMap<int> negs_s(negs_gr);
351  Digraph::ArcMap<int> negs_c(negs_gr);
352  ConstMap<Arc, int> negs_l(0), negs_u(1000);
353  n1 = negs_gr.addNode();
354  n2 = negs_gr.addNode();
355  negs_s[n1] = 100;
356  negs_s[n2] = -300;
357  negs_c[negs_gr.addArc(n1, n2)] = -1;
358
[648]359
[652]360  // A. Test NetworkSimplex with the default pivot rule
[648]361  {
[653]362    NetworkSimplex<Digraph> mcf(gr);
[648]363
[656]364    // Check the equality form
[653]365    mcf.upperMap(u).costMap(c);
366    checkMcf(mcf, mcf.supplyMap(s1).run(),
[687]367             gr, l1, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5240, "#A1");
[653]368    checkMcf(mcf, mcf.stSupply(v, w, 27).run(),
[687]369             gr, l1, u, c, s2, mcf.OPTIMAL, true,   7620, "#A2");
[653]370    mcf.lowerMap(l2);
371    checkMcf(mcf, mcf.supplyMap(s1).run(),
[687]372             gr, l2, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5970, "#A3");
[653]373    checkMcf(mcf, mcf.stSupply(v, w, 27).run(),
[687]374             gr, l2, u, c, s2, mcf.OPTIMAL, true,   8010, "#A4");
[653]375    mcf.reset();
376    checkMcf(mcf, mcf.supplyMap(s1).run(),
[687]377             gr, l1, cu, cc, s1, mcf.OPTIMAL, true,   74, "#A5");
[653]378    checkMcf(mcf, mcf.lowerMap(l2).stSupply(v, w, 27).run(),
[687]379             gr, l2, cu, cc, s2, mcf.OPTIMAL, true,   94, "#A6");
[653]380    mcf.reset();
381    checkMcf(mcf, mcf.run(),
[687]382             gr, l1, cu, cc, s3, mcf.OPTIMAL, true,    0, "#A7");
383    checkMcf(mcf, mcf.lowerMap(l2).upperMap(u).run(),
384             gr, l2, u, cc, s3, mcf.INFEASIBLE, false, 0, "#A8");
385    mcf.reset().lowerMap(l3).upperMap(u).costMap(c).supplyMap(s4);
386    checkMcf(mcf, mcf.run(),
387             gr, l3, u, c, s4, mcf.OPTIMAL, true,   6360, "#A9");
[656]388
389    // Check the GEQ form
[687]390    mcf.reset().upperMap(u).costMap(c).supplyMap(s5);
[656]391    checkMcf(mcf, mcf.run(),
[687]392             gr, l1, u, c, s5, mcf.OPTIMAL, true,   3530, "#A10", GEQ);
393    mcf.supplyType(mcf.GEQ);
[656]394    checkMcf(mcf, mcf.lowerMap(l2).run(),
[687]395             gr, l2, u, c, s5, mcf.OPTIMAL, true,   4540, "#A11", GEQ);
[711]396    mcf.supplyMap(s6);
[656]397    checkMcf(mcf, mcf.run(),
[687]398             gr, l2, u, c, s6, mcf.INFEASIBLE, false,  0, "#A12", GEQ);
[656]399
400    // Check the LEQ form
[687]401    mcf.reset().supplyType(mcf.LEQ);
402    mcf.upperMap(u).costMap(c).supplyMap(s6);
[656]403    checkMcf(mcf, mcf.run(),
[687]404             gr, l1, u, c, s6, mcf.OPTIMAL, true,   5080, "#A13", LEQ);
[656]405    checkMcf(mcf, mcf.lowerMap(l2).run(),
[687]406             gr, l2, u, c, s6, mcf.OPTIMAL, true,   5930, "#A14", LEQ);
[711]407    mcf.supplyMap(s5);
[656]408    checkMcf(mcf, mcf.run(),
[687]409             gr, l2, u, c, s5, mcf.INFEASIBLE, false,  0, "#A15", LEQ);
410
411    // Check negative costs
[711]412    NetworkSimplex<Digraph> neg_mcf(neg_gr);
413    neg_mcf.lowerMap(neg_l1).costMap(neg_c).supplyMap(neg_s);
414    checkMcf(neg_mcf, neg_mcf.run(), neg_gr, neg_l1, neg_u1,
415      neg_c, neg_s, neg_mcf.UNBOUNDED, false,    0, "#A16");
416    neg_mcf.upperMap(neg_u2);
417    checkMcf(neg_mcf, neg_mcf.run(), neg_gr, neg_l1, neg_u2,
418      neg_c, neg_s, neg_mcf.OPTIMAL, true,  -40000, "#A17");
419    neg_mcf.reset().lowerMap(neg_l2).costMap(neg_c).supplyMap(neg_s);
420    checkMcf(neg_mcf, neg_mcf.run(), neg_gr, neg_l2, neg_u1,
421      neg_c, neg_s, neg_mcf.UNBOUNDED, false,    0, "#A18");
422     
423    NetworkSimplex<Digraph> negs_mcf(negs_gr);
424    negs_mcf.costMap(negs_c).supplyMap(negs_s);
425    checkMcf(negs_mcf, negs_mcf.run(), negs_gr, negs_l, negs_u,
426      negs_c, negs_s, negs_mcf.OPTIMAL, true, -300, "#A19", GEQ);
[648]427  }
428
[652]429  // B. Test NetworkSimplex with each pivot rule
[648]430  {
[653]431    NetworkSimplex<Digraph> mcf(gr);
[687]432    mcf.supplyMap(s1).costMap(c).upperMap(u).lowerMap(l2);
[648]433
[653]434    checkMcf(mcf, mcf.run(NetworkSimplex<Digraph>::FIRST_ELIGIBLE),
[687]435             gr, l2, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5970, "#B1");
[653]436    checkMcf(mcf, mcf.run(NetworkSimplex<Digraph>::BEST_ELIGIBLE),
[687]437             gr, l2, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5970, "#B2");
[653]438    checkMcf(mcf, mcf.run(NetworkSimplex<Digraph>::BLOCK_SEARCH),
[687]439             gr, l2, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5970, "#B3");
[653]440    checkMcf(mcf, mcf.run(NetworkSimplex<Digraph>::CANDIDATE_LIST),
[687]441             gr, l2, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5970, "#B4");
[653]442    checkMcf(mcf, mcf.run(NetworkSimplex<Digraph>::ALTERING_LIST),
[687]443             gr, l2, u, c, s1, mcf.OPTIMAL, true,   5970, "#B5");
[648]444  }
445
446  return 0;
447}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.