C++上下界网络流怎么添加虚拟源汇点满足流量平衡

夏磊吖_1029

夏磊吖_1029

2026-10-08

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原创

每个点的流量不平衡量 d[i] = sum_in_low - sum_out_low,即入边下界和减出边下界和;d[i] > 0 时从虚拟源点 ss 向 i 连容量 d[i] 的边,d[i]

c++上下界网络流怎么添加虚拟源汇点满足流量平衡

怎么算每个点的流量不平衡量 d[i]

核心是先“强行流满所有下界”,再看每个点因此多进或少出了多少流量。不直接建边,而是统计:对每个点 i,计算 d[i] = sum_in_low - sum_out_low,即所有指向 i 的边下界之和,减去所有从 i 出发的边下界之和。

常见错误现象:
- 把 d[i] 算反(比如写成 sum_out_low - sum_in_low),导致后续连边方向全错
- 忘记初始化 d[i] 为 0,残留脏数据
- 对无向边或双向边重复累加下界,误当两条有向边处理

使用场景:
- 所有上下界可行流建图的第一步,无论有源汇还是无源汇
- d[i] == 0 的点不用连虚拟边,可跳过

  • d[i] > 0:该点被强制流入更多,需从虚拟源点 SS 补 d[i] 流量
  • d[i] :该点被强制流出更多,需流向虚拟汇点 <code>TT -d[i] 流量
  • 所有 d[i] > 0 的和一定等于所有 d[i] 的绝对值之和(守恒),所以只需检查一边是否满流即可

虚拟源汇点 SS/TT 怎么连边、容量设多少

建图时新增两个点:SS = n + 1,TT = n + 2(假设原图点编号为 1..n)。只添加两类边:

常见错误现象:
- 把 SS → i 写成 i → SS,方向反了就完全无法平衡
- 容量设成 inf 而不是精确的 d[i],导致满流判断失效
- 忘记给 SS 和 TT 单独编号,与原图点冲突(比如用 0 和 n+1 但没预留空间)

  • 对每个 i 满足 d[i] > 0:调用 add_edge(SS, i, d[i])
  • 对每个 i 满足 d[i] :调用 <code>add_edge(i, TT, -d[i])
  • 原图每条边 (u, v) 改为只保留上界冗余容量:add_edge(u, v, upp - low),不再带下界

注意:add_edge 必须是双向边(正向边存容量,反向边存 0),否则 DFS/BFS 无法正确增广;若用 Dinic,还需保证链式前向星中反向边索引可快速定位(如 i^1)。

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为什么必须跑 SS→TT 最大流并验证满流

这个最大流不是最终答案,它只是“补平强制下界后剩余缺口”的搬运工。只有当所有从 SS 出发的边都跑满(即 cap[SS→i] == 0),才说明每个 d[i] > 0 的点都被补足,所有 d[i] 的点也都成功泄出——流量平衡达成。

性能影响:
- 虚拟边总数 ≤ n,不会显著增加边数规模
- 但若 d[i] 极端不均(如一个点占总和 99%),可能造成层次图深度失衡,Dinic 效率下降

容易踩的坑:
- 验证时只查 SS 出边,却忽略反向边残量(正确做法是检查正向边容量是否为 0,而非反向边流量)
- 在跑完最大流后,未清空 SS 和 TT 的邻接表,导致后续(如有源汇最大流)复用图时出错
- 把 check() 写成遍历所有边,实际只需遍历 head[SS] 和 head[TT] 对应的出边

验证代码片段示意(Dinic 风格):

bool check() {
    for (int i = head[SS]; i; i = last[i])
        if (cap[i]) return false;
    return true;
}

有源汇时怎么复用这套虚拟源汇逻辑

有源汇图不能直接套用,因为原图的源点 S 和汇点 T 本身就不满足流量平衡(d[S] 为负大数,d[T] 为正大数)。解决方法是:先加一条 T → S 边,上下界为 [0, inf],把原图“环化”成无源汇图,再走前述流程。

关键细节:
- 这条 T → S 边的下界是 0,所以不影响 d[i] 计算;上界是 inf,确保它不会成为瓶颈
- 加完这条边后,再重新计算全部 d[i],此时 d[S] 和 d[T] 已被修正(因为 T → S 增加了 S 的入边下界、T 的出边下界)

容易被忽略的地方:
- 这条 T → S 边必须在计算 d[i] 之前加入,否则 d[S]/d[T] 仍失衡
- 后续求有源汇最大流时,要先删掉 T → S 边,再在残量网络上从原 S 到原 T 跑第二次最大流——第一次是找可行流,第二次才是榨干上限

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