73180

Оптимізація на мережах

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Потоком у мережі S називається пара (f, w), де w - деяка орієнтація всіх неорієнтованих ребер мережі, а f(u) - задана на множині всіх ребер функція з невід’ємними значеннями, що не перевершують пропускних спроможностей, і така, що в кожній внутрішній вершині виконується закон Кірхгофа...

Украинкский

2014-12-05

454.8 KB

0 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ
ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВЫЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
“НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ”


Кафедра: програмного забезпечення

комп’ютерних систем


Лабораторна робота №4

        по курсу дискретної математики
на тему: “Оптимізація на мережах


Виконав: студент 1-шого

курсу факультету ФІТ

групи КНіт-14-2
Задорожній О.А.

Перевірив: Мінеев О. С.




Дніпропетровськ

2014 р.

Варіант 6

Мета роботи: ознайомлення з методами оптимізації мереж.

1. Короткі теоретичні відомості.

1.  Короткі  теоретичні відомості

Пошук максимального потоку.

Нехай S є довільна, частково орієнтована мережа, кожному ребру u якої приписане невід'ємне число c(u) - пропускна спроможність. Потоком у мережі S  називається пара (f, w), де w - деяка орієнтація всіх неорієнтованих ребер мережі, а f(u) - задана на множині всіх ребер функція з невід'ємними значеннями, що не перевершують пропускних спроможностей, і така, що в кожній внутрішній вершині  виконується закон Кірхгофа, відповідно до якого сума значень потоку по ребрах, що входить у вершину, дорівнює сумі потоків по ребрах, що виходить із вершини. Іншими словами, для  f(u) виконуються умови:

0   f(u)  c(u) для усіх вершин мережі;

R() = 0 для усіх внутрішніх вершин, де

а () (відповідно '()) - множина всіх ребер, що виходять із   (відповідно вхідних у ) при орієнтації w.

Оскільки сума значень R() по усіх вершинах мережі, включаючи полюси, дорівнює нулю (кожне ребро є вихідним для однієї вершини і вхідним для іншої), то R(s)  = - R(s). Значення R = R(s) називається величиною потоку.  

 Розглянемо задачу визначення максимального значення Rmax потоку через мережу S при  заданих значеннях пропускних спроможностей. Відповідь може бути отримана у термінах перетинів мережі.

 Перетином мережі називається множина ребер, при видаленні яких мережа стає незв'язною, причому полюса потрапляють у різні компоненти зв'язності. У мережі на рис. 1 прикладами перетинів є {d, e, f}, {b, c, e, g, h},      {d, g, h, i}.  

Перетин називається простим, якщо при видаленні будь-якого його ребра, він перестає бути перетином. Так, перетини {d, e, f} і {b, c, e, g, h} - прості, а перетин {d, g, h, i} не є таким. Очевидно, що для кожного ребра простого перетину можна зазначити ланцюг, що проходить через це ребро, але не проходить через інші ребра даного перетину.  


                             5

  7   a        d        h            2

        S  2    c        4     e    3    g         S

         3       b               4        i

       1

       f

                  Рис.1. Задача максимального потоку

Якщо у зв'язній мережі віддалиться простий перетин, то мережа розпадеться рівно на дві частини: ліву і праву, що містить S і S відповідно. Кожне ребро простого перетину зв'язує вершини з різних частин. Будемо називати ребро перетину прямим, якщо воно в мережі не орієнтоване або орієнтоване зліва праворуч, і оберненим у противному випадку. Буде орієнтоване ребро прямим або оберненим, залежить від вибору перетину. Так, у прикладі ребро е  в перетинах {d, e, f} і {b, c, e, g, h} - обернене, а в перетині {a, c, e, g, i}- пряме.

Кожному простому перетину W припишемо пропускну спроможність c(W), рівну сумі пропускних спроможностей усіх його прямих ребер. У прикладі на рис.2.12 перетин {d, e, f} має пропускну спроможність 5+1=6, а перетин {b, c, e, g, h} - 3+2+3+2=10.

Теорема про максимальну пропускну спроможність мережі сформульована Фордом і Фалкерсоном так: максимальний розмір потоку Rmax через мережу S дорівнює мінімальній пропускній спроможності cmin її простих перетинів. Ця теорема покладена в основу задачі визначення максимальної пропускної спроможності мережі.

 Розглянемо  алгоритм  Форда - Фалкерсона для розв'язання цієї задачі.

         Крок 0. Нехай джерела  позначені,  але  не  переглянуті, а всі  інші  вузли  не  позначені.

         Крок  1. Вибрати  довільний  позначений,  але  не  переглянутий  вузол  i.

         Крок  2.   Переглянути  всі  дуги  e (i, j)  із  пропускною   спроможністю      е  0, що  з'єднують  вузол  i  з  ще  не  позначеними  вузлами j. Приписати позначки вузлам  j  і відзначити  дуги  e j =  e  = (i, j). Тепер  вузол  i  позначений  та  переглянутий,  вузли  j  позначені,  але  не  переглянуті. Якщо  при  цьому  стік  виявився  позначеним, то  необхідний  ланцюг  знайдений. У противному  випадку після  перегляду  по  всіх  дугах  (i, j)  перейти  до  кроку  

Крок  3. Нехай вузол i позначений і переглянутий. Перейти до кроку 1 і повторювати кроки алгоритму доти, поки не залишиться позначених і не переглянутих вузлів. На цьому пошук максимального потоку закінчується.

Пошук найкоротшого шляху.

Якщо для мережі кожне ребро характеризується деяким числом, що є відстанню між вузлами мережі, то виникає задача визначення найкоротшої відстані між заданими вузлами, тобто початку і стоку. 

       Розглянемо  алгоритм  Дейкстри  для  визначення  найкоротшого  шляху  (ланцюга) з  початку  в  стік.

Крок 0. Вибрати як перспективну  множину  вузлів  множину  S c = S 0 і  покласти  d i = 0  для  i S 0  та  d i =   для  i  S 0 .

Крок 1. Вибрати  вузол  i   S c,  якому  відповідає  найменше  значення   di ( i  S0 ) . Знайдений  в  такий спосіб розмір  d i  відповідає  найкоротшому  шляху  з  деякого  джерела  у  вузол  i (довжиною  дуги  є  c e), а  дуга  e i ( визначена  для  усіх  вузлів  i  S c  ,  крім  джерел ) є остання  дуга  шляху . Якщо    i    -  стік ,  то  процедура  пошуку  найкоротшого  шляху  закінчується .

Крок  2. Переглянути дуги  e  = ( i , j )  і  замінити  оцінку d j на  min {d j , d i + c e}.    Якщо   d j була   дорівнена   ,  увести  вузол  j у  S c. Якщо  d j  зменшилася,  увести  позначення  e j = e = (i*,  j).

Крок  3. Видалити  i* із  S c  і  перейти  до  кроку  1 ,  якщо  множина  S c  не  порожня. На цьому пошук найкоротшого шляху закінчується.

2. Індивідуально побудована мережа з варіантом вхідних даних.

Вершина№1: початок
Вершина№2: cтік

3. Повні розрахунки на мережі з пошуку максимального потоку та

найкоротшого шляху.

3.1 Пошук максимального потоку:

fmax(1:9) = 14

p(1) = (1:2:3:9) = min {5; 3; 7} = 3;  p() = 3;

p(2) = (1:2:9) = min {2; 3} = 2;  p() = 5;

p(3) = (1:6:7:8:5:9) = min {9; 2; 4; 3; 2} = 2;  p() = 7;

p(4) = (1:6:9) = min {7; 8} = 7;  p() = 14

p(1-2) = 2 -> R

p(2-3) = R

p(5-9) = R
p(6-7) = R

p(1-6) = 7 -> R

R = ресурси вичерпані.

3.2 Пошук найкоротшого шляху

1.) d(1) = 0; d(2..9) = ;

2.)  y = (1) = 0;

d(2) = 5 (<) - min

d(6) = 9  (<)

3.) y = (2) = 5;

d(9) = 5 + 3 = 8 ✓ (<); - min  [Стік]

d(3) = 5 + 3 = 8 ✓ (<); - min 

4. Висновки з лабораторної роботи.

Таким  чином,  максимальний  потік  становить  14  одиниць. Найкоротший шлях з початку (1) у стік (9) складається з дуг (1, 2) і (2, 9) та дорівнює 14.2 одиниць.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45072. Характеристика степеней умственной отсталости 29.5 KB
  Отставание в развитии понимания и использовании речи, навыков самообслуживания и моторики, заметное с раннего возраста. В школе развиваются только базисные навыки при постоянном специальном педагогическом внимании (специальные школы). В зрелом возрасте также нуждаются в надзоре. Речевой запас достаточен для сообщения о своих потребностях.
45073. Девиантное поведение – определение, причины, классификация 24.5 KB
  Девиантное поведение определение причины классификация. Девиантное поведение – представляет собой устойчивое сознательное и избирательное нарушение социальных норм. Крайние проявление социально-пассивного типа – саморазрушающее поведение.: аддиктивное поведение сексуальная распущенность аутоагрессия суицидальное поведение синдром сгорания.
45074. Эпилепсия (G40) 50.5 KB
  При этом чем интенсивнее представлены одни из них тем меньшая выраженность других достаточна для проявления эпилепсии. Почти в половине случаев причину эпилепсии установить не удается даже при самом тщательном обследовании. Эти идиопатические эпилепсии связаны главным образом с наследственным предрасположением имеют помимо других отличий типичный возраст заболевания и в большинстве случаев хорошо реагируют на терапию. В случаях когда при анализе особенностей клинического синдрома и данных исследования предполагается вероятность отнесения...
45075. ПОВЕДЕНЧЕСКАЯ ПСИХОТЕРАПИЯ 34.5 KB
  Могут рассматриваться методы психотерапии основанные на принципах научения которые появились во втором десятилетии нашего века. содействовать увеличению потенциала их личного поведения мыслей чувств и уменьшению или исключению нежелательных способов реагирования;2 не ставится задача изменить эмоциональную суть отношений и чувств личности;3 позитивное терапевтическое отношение необходимое но недостаточное условие эффективной психотерапии;4 жалобы пациента принимаются как значимый материал на котором терапия фокусируется а не как...
45076. КЛАССИЧЕСКИЙ ПСИХОАНАЛИЗ 39 KB
  Психоанализ инструмент дающий возможность Эго достичь победы над Ид . Он считал что в психоанализе основные усилия направлены на то чтобы усилить Эго сделать его более независимым от СуперЭго расширить сферу действия перцепции и укрепить его организацию. Цель психоанализа Фрейд видел в том чтобы сделать бессознательное сознательным; он утверждал что дело анализа обеспечить насколько это возможно хорошие условия для функционирования Эго .
45077. Гуманистическая психотерапия 26 KB
  Метод позитивной психотерапии основывается на 3х принципах каждому из которых соответствует определённая методическая составляющая: Принципу надежды соответствует позитивный подход в видении способностей и возможностей человека. Принципу баланса соответствует содержательный дифференциальный анализ психодинамики личности результатом которого есть гармонизация первичных и вторичных актуальных способностей человека. Принципу самопомощи соответствует 5шаговая метамодель используемая как стратегия гармонизации адаптации и развития...
45078. Социальная реабилитация 29 KB
  Все реабилитационные мероприятия должны быть нацелены на вовлечение самого больного в лечебно-восстановительный процесс. Реабилитировать больного без его активного участия в этом процессе невозможно. Реабилитация объединяет усилия врача медицинского персонала и больного направленные на восстановление социальнопсихологического статуса последнего. Охранительный режим предусматривает постоянное пребывание больного в постели преимущественно по соматическим показаниям и требует от медицинского персонала постоянного наблюдения за ним.
45080. Введение. Сестринский процесс в психиатрии 45 KB
  Психиатрия медицинская дисциплина которая занимается диагностикой терапией и профилактикой психических заболеваний человека. В качестве этиологических факторов психических заболеваний выступают эндогенные чаще наследственная предрасположенность генетические аномалии конституциональная неполноценность и экзогенные инфекции интоксикации черепномозговые травмы психотравмы. В основе патогенеза психических расстройств лежит нарушение взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в ЦНС. Сделаны первые шаги в понимании психических...