网络流

类比水流的解决问题方法
网络流(network-flows)是一种类比水流的解决问题方法,与线性规划密切相关。网络流的理论和应用在不断发展,出现了具有增益的流、多终端流、多商品流以及网络流的分解与合成等新课题。网络流的应用已遍及通讯、运输、电力、工程规划、任务分派、设备更新以及计算机辅助设计等众多领域。

定义

图论中的一种理论与方法,研究网络上的一类最优化问题。1955年,T.E.哈里斯在研究铁路最大通量时首先提出在一个给定的网络上寻求两点间最大运输量的问题。1956年,L.R. 福特和 D.R. 富尔克森等人给出了解决这类问题的算法,从而建立了网络流理论。所谓网络或容量网络指的是一个连通的赋权有向图 D= (V、E、C) ,其中V 是该图的顶点集,E是有向边(即弧)集,C是弧上的容量。此外顶点集中包括一个起点和一个终点。网络上的流就是由起点流向终点的可行流,这是定义在网络上的非负函数,它一方面受到容量的限制,另一方面除去起点和终点以外,在所有中途点要求保持流入量和流出量是平衡的。如果把下图看作一个公路网,顶点v1…v6表示6座城镇,每条边上的权数表示两城镇间的公路长度。现在要问:若从起点v1将物资运送到终点v6去,应选择那条路线才能使总运输距离最短?这样一类问题称为最短路问题。如果把上图看作一个输油管道网, v1 表示发送点,v6表示接收点,其他点表示中转站,各边的权数表示该段管道的最大输送量。现在要问怎样安排输油线路才能使从v1到v6的总运输量为最大。这样的问题称为最大流问题
最大流理论是由福特和富尔克森于 1956 年创立的,他们指出最大流的流值等于最小割(截集)的容量这个重要的事实,并根据这一原理设计了用标号法求最大流的方法,后来又有人加以改进,使得求解最大流的方法更加丰富和完善。最大流问题的研究密切了图论运筹学,特别是与线性规划的联系,开辟了图论应用的新途径。
假设G(V,E) 是一个有限的有向图,它的每条边(u,v)∈E都有一个非负值实数的容量c(u,v) 。如果(u,v)不属于E,我们假设c(u,v) = 0 。我们区别两个顶点:一个源点s和一个汇点t。一道网络流是一个对于所有结点u和v都有以下特性的实数函数f:V×V→R