Слайд 1Сети. Потоки в сетях
Дискретная математика
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 2
Введение
Сети – это графы, которые моделируют реальные транспортные и коммуникационные сети.
                                                            
                                    
                                
                            							
							
							
						 
											
                            Слайд 3
Введение
Задача о максимальном потоке в сети заключается в том, чтобы подсчитать
                                                            
                                    максимальное количество некоторых объектов, которые могут двигаться от одного конца сети к другому. При этом пропускная способность узлов сети ограничена.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 4
Введение
Под объектами могут пониматься - пакеты данных, путешествующих по интернету;
- коробки
                                                            
                                    с товарами, которые везут по автомагистрали; и т. д. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 5
Введение
Эта задача может использоваться при составлении расписания авиарейсов, распределения задач в
                                                            
                                    суперкомпьютерах, обработке цифровых изображений и расположении последовательности ДНК.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 6
Введение
Перемещение объектов могут ограничено пропускной способностью соединений сети или скоростью транспорта
                                                            
                                    на загруженных дорогах.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 7
Введение
В задаче о максимальном потоке одна их вершин графа назначается истоком
                                                            
                                    – точкой, в которой все объекты начинают свой путь, а другая – стоком, точкой, в которую они все направляются. Пропускная способ-ность каждого ребра ограничена. В вершинах вещество не накапливается – сколько пришло, столько и ушло.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 8
Сети
Сетью называется частично ориентированный граф G(V, E)
Истоком и стоком (входным и
                                                            
                                    выходным полюсом) называются некоторые отмеченные вершины.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 9
Сети
Исток - вершина, локальная степень захода которой равна 0.
Сток – вершина,
                                                            
                                    локальная степень исхода которой равна 0.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 10
Сети
Если в сети k истоков и 
 m стоков – сеть
                                                            
                                    называется (k,m)- полюсником.
Если в сети 1 исток и 1 сток, сеть называется двухполюсной.
Далее будем рассматривать только двухполюсные сети.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 11
Сети
Пусть s – исток, t – сток, так что любая другая
                                                            
                                    вершина лежит на пути из вершины s в t. Вершины, не являющиеся истоком и стоком называются внутренними вершинами сети.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 12
Сети
Разобьем множество вершин V на два подмножества Х и  
                                                            
                                    таких, что      , а       .
Множество ребер, реализующих это разбиение назовем разрезом 
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 13
Сети
Ориентированные ребра с началом в Х и концом в
 называются прямыми.
Множество
                                                            
                                    прямых ребер обозначим 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 14
Сети
Ориентированные ребра с началом в   и концом в Х
                                                            
                                    называются обратными.
Множество обратных ребер обозначим 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 15
Сети
Все неориентированные ребра являются прямыми.
Их ориентация произвольна, 
и определяется при задании
                                                            
                                    потока в сети.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 16Сети
Замечание 1:
Прямым или обратным ребро будет в зависимости от вида разреза
                                                            
                                    в сети.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 17
Пример 1
Дана частично ориентированная двухполюсная сеть.
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
											
											
											
											
                            Слайд 22
Поток в сети
Пусть S произвольная частично ориентированная сеть. 
Пусть каждому ребру
                                                            
                                    сети приписано число
пропускная способность ребра е 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 23
Поток в сети
Потоком в сети S называется пара, составленная из числовой
                                                            
                                    и нечисловой функций (f ,w): 
w – ориентация всех неориентированных ребер сети,
f =f(e) – функция значений потока на ребрах.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 24
Поток в сети
Функция f удовлетворяет условиям:
1)
2) выполняется закон Киргофа:
дивергенция любой внутренней
                                                            
                                    вершины сети равна 0.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 25
Поток в сети
Дивергенция вершины сети – число находимое по формуле:
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 26Поток в сети
Величина потока в сети S – равна дивергенции потока
                                                            
                                    в вершине s (дивергенция истока).
                                
                            							
														
						 
											
											
                            Слайд 28Поток в сети
Замечание 3:
Величина потока в сети есть величина переменная, зависящая
                                                            
                                    от значений функции f(e). 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 29
Пример 1
Дана частично ориентированная двухполюсная сеть.
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 30Поток в сети
Замечание 3:
Величина потока в сети есть величина переменная, зависящая
                                                            
                                    от значений функции f(e). 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 31
с(a)=2; c(b)=3; c(h)=1; c(d)=2;c(q)=1;
c(w)=1; c(x)=3; c(y)=2; c(z)=2.
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
											
											
                            Слайд 34Поток в сети
Каждому ребру разреза R ставится в соответствие пропускная способность
                                                            
                                    разреза с(R), равная сумме пропускных способностей всех прямых ребер разреза.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 35
с(a)=2;c(b)=3;c(h)=1;c(d)=2;
c(q)=1;c(w)=1;c(x)=3;c(y)=2;
c(z)=2. C=c(w)+c(d)=3+1=4
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
											
                            Слайд 37Поток в сети
Теорема Форда-Фалкерсона
Максимальная величина потока в сети S равна минимальной
                                                            
                                    пропускной способности среди всех ее разрезов.