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.