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

43829. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С РЕШЕНИЕМ ЭКОНОМИЧЕСКИХ, ОРГАНИЗАЦИОННО – УПРАВЛЕНЧЕСКИХ И УЧЕТНЫХ ЗАДАЧ НА ООО «Строй-Арсенал» 2.08 MB
  Создание российских интернетмагазинов началось в 1995 году. Интернетмагазином считается такой магазин на сайте которого существует возможность полностью завершить покупку и оплатить ее или выписать счет для оплаты в банке. Большинство же российских Интернетмагазинов представляют собой webвитрины и осуществляют торговлю на заказ через Интернет.
43830. Определение возможности получения гречневой крупы под воздействием инфракрасной обработки 532.66 KB
  Основные продукты переработки зерна используемые в питании крупы и мука. В зернах гречихи содержатся: легко усваиваемые белки до 16 в том числе незаменимые аминокислоты аргинин и лизин; углеводы до 30 и жиры до 3; много минеральных веществ железо кальций фосфор медь цинк бор йод никель кобальт; клетчатка; яблочная лимонная щавелевая кислоты; витамины группы В РР и Р рутин.Область применения В России выращиваемую гречку используют в основном для производства различных круп: ядрицы представляющей собой целые...
43831. Определение путей повышения эффективности рекламной деятельности 8.13 MB
  Маркетинговая функция. Было бы ошибкой отождествлять маркетинговую функцию рекламы с функцией экономической, хотя они в чем-то и созвучны друг другу. Однако большинство авторитетных специалистов по части рекламы предпочитают говорить о маркетинговой функции рекламы как вполне самостоятельной.
43832. ПРОЕКТУВАННЯ, МОНТАЖ СИГНАЛІ3АЦІЇ НАВЧАЛЬНИХ МАЙСТЕРЕНЬ ТЕХНІКУМУ 159.28 KB
  Охоронна сигналізація Автономна сигналізація Технічні системи охорони Механічні засоби захисту та охорони Датчики руху Системи безпеки. Сигнагналізація Системи охорони периметру Системи передачі інформації по мережі GSM Телефони охоронної сигналізації Засоби передачі звістки Типи периметральних систем Можливості та типологія датчиків охоронної сигналізації Різноманітність охоронних звісників та їх функціональні особливості Графічна частина Аркуш 1 План електромонтажного цеха і аудиторії...
43833. Повышение эффективности процесса управления физической культурой и спортом на муниципальном уровне 320 KB
  Практика применения Федерального закона «О физической культуре и спорте в Российской Федерации» выявила его излишнюю декларативность, существенные недостатки и пробелы в числе норм регулирующих правоотношения в сфере физической культуры и спорта, противоречия с иными актами высшей юридической силы.
43834. Разработка рекомендаций и мероприятия по управлению конфликтными ситуаций в ООО «ВАЛ-РЕЙСИНГ63» г.о.Тольятти 711.32 KB
  Особенности управления конфликтом в производственной организации . Конфликт в организации принимает самые различные формы. Большинство конфликтов оказывают негативное влияние на деятельность организации.
43835. Получение биологически активного hrNGF человека путём бактериального синтеза в клетках Escherichia coli 2.32 MB
  Объект исследования рекомбинантный человеческий фактор роста нервов hrNGF Цель дипломной работы получение биологически активного hrNGF человека путём бактериального синтеза в клетках Escherichi coli. Сконструированы гибридная система экспрессии hrNGF в которой в качестве белка партнёра выступал белок SUMO.
43836. Проект станции технического обслуживания с разработкой участка по ремонту и окраске кузовов легковых автомобилей 2.82 MB
  Эксплуатационные повреждения кузова Аварийные повреждения кузова Нарушение геометрии кузова.Общие требования при устранении перекосов кузова Планировочное решение зон ТО и ТР и производственных участков
43837. Расчет водоснабжения спортивно-оздоровительной базы «Бережок» 1.54 MB
  Таким образом целью дипломного проекта является создание системы водоснабжения базы отдыха Бережок включая проектирование водозаборных сооружений нужной производительности и степени надежности сооружений очистки воды до питьевых нормативов внутренних и наружных водопроводных сетей и сооружений а также мероприятий по пожаротушению. Грунтовые воды Высота стояния грунтовых вод низкая. Воды не напорные не агрессивны по отношению к бетону. Показатели качества воды в озере представлены санитарноэпидемиологической службой Вологодской...