Слайд 1Сети. Потоки в сетях
Дискретная математика
Слайд 2Введение
Сети – это графы, которые моделируют реальные транспортные и коммуникационные
сети.
Слайд 3Введение
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 4Введение
Под объектами могут пониматься - пакеты данных, путешествующих по интернету;
-
коробки с товарами, которые везут по автомагистрали; и т. д.
Слайд 5Введение
Эта задача может использоваться при составлении расписания авиарейсов, распределения задач
в суперкомпьютерах, обработке цифровых изображений и расположении последовательности ДНК.
Слайд 6Введение
Перемещение объектов могут ограничено пропускной способностью соединений сети или скоростью
транспорта на загруженных дорогах.
Слайд 7Введение
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 8Сети
Сетью называется частично ориентированный граф G(V, E)
Истоком и стоком (входным
и выходным полюсом) называются некоторые отмеченные вершины.
Слайд 9Сети
Исток - вершина, локальная степень захода которой равна 0.
Сток –
вершина, локальная степень исхода которой равна 0.
Слайд 10Сети
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 11Сети
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 12Сети
Разобьем множество вершин V на два подмножества Х и
таких, что , а
.
Множество ребер, реализующих это разбиение назовем разрезом
Слайд 13Сети
Ориентированные ребра с началом в Х и концом в
называются
прямыми.
Множество прямых ребер обозначим
Слайд 14Сети
Ориентированные ребра с началом в и концом в
Х
называются обратными.
Множество обратных ребер обозначим
Слайд 15Сети
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 17Пример 1
Дана частично ориентированная двухполюсная сеть.
Слайд 22Поток в сети
Пусть S произвольная частично ориентированная сеть.
Пусть каждому
ребру сети приписано число
пропускная способность ребра е
Слайд 23Поток 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 24Поток в сети
Функция f удовлетворяет условиям:
1)
2) выполняется закон Киргофа:
дивергенция любой
внутренней вершины сети равна 0.
Слайд 25Поток 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 29Пример 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.