收稿日期:20140605;修回日期:20140721 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61104175)
作者简介:马毅(1986),男,重庆合川人,博士研究生,主要研究方向为图与网络流算法在交通运输领域中的应用(414580215@qq.com);严余
松(1963),男,四川简阳人,教授,博导,博士,主要研究方向为交通信息工程与控制.
网络优化的最大利润问题及其破除可增利润圈算法
马 毅
1
,严余松
2
(1.西南交通大学 交通运输与物流学院,成都 610031;2.四川师范大学 计算机科学学院,成都 610068)
摘 要:仿照最小费用最大流问题的物理意义,将网络上的费用参数转换成为一种利润参数,提出一个与最小
费用最大流问题类似、但意义完全相反的最大利润最小流问题,并建立了该问题的数学规划模型。此外,提出了
一个求解该问题最优解的破除可增利润圈算法,该算法通过不断破除网络上的可增利润圈增流,使目标函数值
不断增长,最终得到问题的最优解及目标函数值;同时给出了关于该算法正确性的证明过程,并对算法的复杂度
进行了分析,最后用示例对算法的求解过程进行了演示。结果表明,该算法能快速有效地求得该问题的最优解
及目标函数值,且比一般的线性规划方法更加方便且直观得多。
关键词:网络优化;最大利润流;破圈算法;最大流;最小费用流;费用圈
中图分类号:TP393;O221.1 文献标志码:A 文章编号:10013695(2015)08226804
doi:10.3969/j.issn.10013695.2015.08.006
Maximumprofitminimumflowproblemfornetwork
optimizationanditsprofitcyclescancelingalgorithm
MaYi
1
,YanYusong
2
(1.SchoolofTransportation&Logistics,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China;2.SchoolofComputerScience,SichuanNor
malUniversity,Chengdu610068,China)
Abstract:Thispaperpresentedamaximum profitproblembymeansofthephysicalmeaningofminimumcostflowtheory,
andbyviewingcostasprofit.Thisproblem hadasimilarframeworkbutdifferentmeaningwithminimum costflowtheory.
Thenthispaperconstructedamathematicalprogrammingmodelforthisproblem,andproposedaprofitcyclescancelingalgo
rithmforsolvingthemodel.Thealgorithmcouldfigureouttheoptimumsolutionandthecorrespondingobjectivefunctionvalue
ofproblembycancelingtheprofitcyclesonnetwork.Meanwhile,itprovedtheaccuracyofalgorithmandmadeacomplexitya
nalysisforthealgorithm.Finally,itdemonstratedthesolutionprocessforthealgorithm byusingastudycase.Theresults
showthatthealgorithmcannotonlyfigureouttheoptimumsolutionandthecorrespondingobjectivefunctionvalueofproblem
rapidlyandeffectively,butalsobemoreconvenientandintuitionisticthangenerallinearprogrammingalgorithm.
Keywords:networkoptimization;maximum profitflow;circlecancelingalgorithm;maximum flow;minimum costflow;
profitcycles
*
引言
众所周知,经典网络流理论中,若给定网络 G(V,A)的弧
容量集
C,则可运用最大流算法求得该网络的最大流。最大流
具有流值唯一、流谱不唯一的特点,如图 1所示,图中弧上的数
字分别为弧流量和弧容量。
对示例中每一条弧(v
i
,v
j
),在给定弧容量 c
ij
的基础上还
给定一个非负的费用参数 w
ij
,显然,流谱 1与流谱 2的总费用
是不一样的。经典网络流理论中将使总费用最小的流谱称之
为最小费用最大流,代表一种费用的极小值情况,如何求得这
一极小值即为最小费用最大流问题。
如果将弧(
v
i
,v
j
)上标定的参数 w
ij
看做是利润,则更加具
有现实意义的是如何配流来获得最大利润,这就是最大利润问
题。例如对于城市公共运输企业,如果每辆运输车辆通过运输
位于城市路网各条路径及道路上的乘客来获得一定量的利润,
那么如 何 安 排 车 辆 的 行 驶 路 径 来 最 大 限 度 地 获 得 运 输 利
润
[1]
。到目前为止,与网络流最大利润有关的研究中,文献
[2]建立了一类最大利润流问题的数学模型并提出了一个增
广路算法,研究中将网络节点作为利润的来源,并考虑边上的
运输费用,同时以最大利润为目标,但是该模型在实际求解过
程中是以最小费用流算法来实现的。在此基础上,文献[
3]针
对文献[2]提出的最大利润流问题,提出了一个改进的增广路
算法,增加了该问题的求解精度,从一定程度上拓展了对最大
利润流问题的理解。文献[4]提出了考虑终点具有松驰需求
的最大利润供应链模型,但模型实际上也是以最小费用为目
标。文献[
5]将最大利润流理论应用于交通路径选择,研究了
第 32卷第 8期
2015年 8月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.32No.8
Aug.2015