Поиск максимальных потоков в сетях
Дипломная работа - Математика и статистика
Другие дипломы по предмету Математика и статистика
Министерство образования и науки Украины
Луганский национальный педагогический университет имени Тараса Шевченко
Кафедра алгебры и дискретной математики
Киршта Александр Михайлович
Поиск максимальных потоков в сетях
Магистерская работа по специальности 8.080101
“Математика”
Научный руководитель
к.ф.-м.н., доцент
Михайлова И.А.
Луганск 2006 г.
Содержание
Введение………………………………………………………………………….3
Раздел I. Основные понятия и определения теории графов…………………..6
- Понятие графа…………………………………………………….6
- Графическое представление графов…………………………….7
- Виды графов………………………………………………………7
- Элементы графов…………………………………………………8
- Представление графов с помощью матриц……………………..9
- Матрицы инцидентности и списки рёбер……………...9
- Матрицы смежности…………………………………….12
Раздел II. Потоки в сетях………………………………………………………..14
- Понятие сети………………………………………………………14
- Задача о максимальном потоке…………………………………..16
- Алгоритм размещения пометок для задачи о максимальном потоке………………………………………………………………16
- Алгоритм Форда-Фалкерсона…………………………………18
- Граф со многими источниками и стоками………………………22
- Задача о многополюсном максимальном потоке………………24
Раздел III. Автоматизация поиска максимальных потоков в сетях…………29
- Описание интерфейса программы……………………………….29
- Инструкция пользователя………………………………………30
- Реализация программы…………………………………………33
- Описание программного кода……………………………………38
Выводы…………………………………………………………………………40
Литература……………………………………………………………………….41
Приложение………………………………………………………………………43
ВВЕДЕНИЕ
Начало теории графов все единодушно относят к 1736 г., когда Эйлер не только решил популярную в то время задачу о кенигсбергских мостах, но и нашёл критерий существования в графе специального маршрута (эйлерова цикла, как теперь его называют). Однако этот результат более ста лет оставался единственным результатом теории графов. Лишь в середине XIX века инженер-электрик Г.Кирхгофф разработал теорию деревьев для исследования электрических цепей. А математик А. Кэли в связи с описанием строения углеводородов решил перечислительные задачи для трёх типов деревьев. К этому же периоду относится появление знаменитой проблемы четырёх красок.
Родившись при решении головоломок и занимательных игр (задачи о шахматном коне, о ферзях, “кругосветное путешествие”, задачи о свадьбах и гаремах и т. п.), теория графов в настоящее время стала простым, доступным и мощным средством решения вопросов, относящихся к широкому кругу проблем. В виде графов можно, например, интерпретировать схемы дорог и электрические цепи, географические карты и молекулы химических соединений, связи между людьми и группами людей.
За последние десятилетия теория графов превратилась в один из наиболее бурно развивающихся разделов математики. Это вызвано запросами стремительно расширяющейся области приложений. В теоретико-графовых терминах формулируется большое число задач, связанных с дискретными объектами. Рассмотрим примеры некоторых практических задач.
1. Транспортные задачи, в которых вершинами графа являются пункты, а ребрами дороги (автомобильные, железные и др.) или другие транспортные (например, авиационные) маршруты. Другой пример сети снабжения (энергоснабжения, газоснабжения, снабжения товарами и т.д.), в которых вершинами являются пункты производства и потребления, а ребрами возможные маршруты перемещения (линии электропередач, газопроводы, дороги и т.д.). Соответствующий класс задач оптимизации потоков грузов, размещения пунктов производства и потребления и т.д., иногда называется задачами обеспечения или задачами о размещении. Их подклассом являются задачи о грузоперевозках.
2. Технологические задачи, в которых вершины отражают производственные элементы (заводы, цеха, станки и т.д.), а дуги потоки сырья, материалов и продукции между ними, заключаются в определении оптимальной загрузки производственных элементов и обеспечивающих эту загрузку потоков.
3. Обменные схемы, являющиеся моделями таких явлений как бартер, взаимозачеты и т.д. Вершины графа при этом описывают участников обменной схемы (цепочки), а дуги потоки материальных и финансовых ресурсов между ними. Задача заключается в определении цепочки обменов, оптимальной с точки зрения, например, организатора обмена и согласованной с интересами участников цепочки и существующими ограничениями.
4. Управление проектами. С точки зрения теории графов проект совокупность операций и зависимостей между ними. Хрестоматийным примером является проект строительства некоторого объекта. Совокупность моделей и методов, использующих язык и результаты теории графов и ориентированных на решение задач управления проектами, получила название календарно-сетевого планирования и управления (КСПУ). В рамках КСПУ решаются задачи определения последовательности выполнения операций и распределения ресурсов меж?/p>