6.6. Задача про мінімальний остов
У корпорації між усіма автоматизованими робочими місцями треба провести оптоволоконний канал мінімальної довжини на основі існуючої телефонної лінії. Схема нового зв’язку має бути не зацикленою.
– остов
№ |
Вершини остова |
Не включені вершини |
Довжина остова |
0 |
1 |
2,3,4,5,6,7,8 |
0 |
1 |
1,5 |
2,3,4,6,7,8 |
2 |
2 |
1,3,5 |
2,4,6,7,8 |
3 |
3 |
1,3,5,6 |
2,4,7,8 |
5 |
4 |
1,3,5,6,8 |
2,4,7 |
7 |
5 |
1,3,4,5,6,8 |
2,7 |
9 |
6 |
1,3,4,5,6,7,8 |
2 |
10 |
7 |
1,2,3,4,5,6,7,8 |
- |
13 |
Алгоритм базується на однобічному розгалуженні – методі розгалужень та обмежень. Щоразу обирається вузол, який з’єднаний мінімальною дугою з будь-яким іншим. Початковий вузол – довільний.
Примітка. Однобічне розгалуження вже розглянуте в п. 4.4.
Відповідь: мінімальна довжина оптоволоконного кабеля – 13.
6.7. Задача про максимальний потік для однополюсних мереж. Алгоритм Дейкстра 4
Маючи карту міської водопровідної мережі, де зазначені пропускні спроможності магістралей в обох напрямках, треба визначити загальну пропускну спроможність мережі та найбільш напружені вузли водозбору і дуги (дуги, в яких обіг води наближений до пропускної спроможності) при потоці з вузла 1 в вузол 6.
,
де fij – потік дуги ij;
сij – пропускна спроможність дуги ij;
F – максимальний потік мережі;
kij
– коефіцієнт напруженості дуги ij,
Алгоритм Дейкстра 4 заснований на циклічній побудові ланцюжка ST, де S – витік мережі (1), а T – стік мережі (6). Цикл k виконується доти, доки ланцюжок можливий. Власне побудова полягає в наступному:
1. Генерація будь-якого можливого ланцюжка руху з S до T. Визначення Qk = min{cijk}, де cijk – пропускна спроможність дуги на шляху ST.
Віднімання Qk від всіх зазначених cijk і додання Qk до відповідних cjik:
cijk+1 = cijk - Qk;
cjik+1 = cjik + Qk;
Наступним етапом алгоритму є ущільнення максимального потоку F на основі розрахунків:
.
0, інакше
Со= |
0 |
8 |
7 |
8 |
3 - |
0 |
С1= |
0 |
8 |
7 |
8 - |
0 |
0 |
3 |
0 |
2 |
5 |
7 |
0 |
3 |
0 |
2 |
5 |
7 |
0 |
||
6 |
3 |
0 |
6 |
2 |
11 |
6 |
3 |
0 |
6 |
2 |
11 |
||
4 |
2 |
5 |
0 |
9 |
3 |
4+ |
2 |
5 |
0 |
9 |
3 - |
||
5+ |
5 |
8 |
8 |
0 |
7 - |
8 |
5 |
8 |
8 |
0 |
4 |
||
0 |
0 |
9 |
6 |
3+ |
0 |
0 |
0 |
9 |
6+ |
6 |
0 |
||
|
156 Q=min(3, 7) |
|
146 Q= min(8, 3) |
||||||||||
С2= |
0 |
8 |
7 |
5 - |
0 |
0 |
С3= |
0 |
8 |
7 |
1 - |
0 |
0 |
3 |
0 |
2 |
5 |
7 |
0 |
3 |
0 |
2 |
5 |
7 |
0 |
||
6 |
3 |
0 |
6 |
2 |
11 |
6 |
3 |
0 |
6+ |
2 |
11 - |
||
7+ |
2 |
5 |
0 |
9 - |
0 |
11+ |
2 |
5- |
0 |
5 |
0 |
||
8 |
5 |
8 |
8+ |
0 |
4 - |
8 |
5 |
8 |
12 |
0 |
0 |
||
0 |
0 |
9 |
9 |
6+ |
0 |
0 |
0 |
9+ |
9 |
10 |
0 |
||
|
1456 Q= min(5, 9, 4) |
|
1436 Q= min(1, 11, 5) |
||||||||||
С4= |
0 |
8 |
7 - |
0 |
0 |
0 |
С5= |
0 |
8 - |
0 |
0 |
0 |
0 |
3 |
0 |
2 |
5 |
7 |
0 |
3+ |
0 |
2 - |
5 |
7 |
0 |
||
6+ |
3 |
0 |
7 |
2 |
10 - |
13 |
3+ |
0 |
7 |
2 |
3 - |
||
12 |
2 |
4 |
0 |
5 |
0 |
12 |
2 |
4 |
0 |
5 |
0 |
||
8 |
5 |
8 |
12 |
0 |
0 |
8 |
5 |
8 |
12 |
0 |
0 |
||
0 |
0 |
10+ |
9 |
10 |
0 |
0 |
0 |
17+ |
9 |
10 |
0 |
||
|
136 Q= min(7, 10) |
|
1236 Q= min(8, 2, 3) |
||||||||||
С6= |
0 |
6 - |
0 |
0 |
0 |
0 |
С7= |
0 |
5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5+ |
0 |
0 |
5 |
7 - |
0 |
6 |
0 |
0 |
5 |
6 |
0 |
||
13 |
5 |
0 |
7 |
2+ |
1 - |
13 |
5 |
0 |
7 |
3 |
0 |
||
12 |
2 |
4 |
0 |
5 |
0 |
12 |
2 |
4 |
0 |
5 |
0 |
||
8 |
5+ |
8 - |
12 |
0 |
0 |
8 |
6 |
7 |
12 |
0 |
0 |
||
0 |
0 |
19+ |
9 |
10 |
0 |
0 |
0 |
20 |
9 |
10 |
0 |
||
|
12536 Q= min(6, 7, 1, 8) |
|
|
||||||||||
Відповідно
до математичної моделі – F
= 21 (3+7+8+3,
11+3+7). Дугами
з максимальним
заванта-женням
є 13,
14,
15,
23,
36,
46
та
56.
Завантаження
ж вузлів
таке: F2
= 3(2+1, 3), F3
= 11(11, 7+2+1+1),
F4
= 8(1+4+3, 8), F5
= 8(1+7, 3+1+4).
F= |
0 |
3 |
7 |
8 |
3 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
11 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
4 |
3 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
7 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Примітка. Розв’язок буде вірним, якщо сума значень рядка S дорівнюватиме сумі значень стовпчика T, а сума значень будь-якого іншого i-го рядка дорівнюватиме сумі значень i-го стовпчика (закон Кірхгофа).
Відповідь: загальна пропускна спроможність міської водомережі при витоці 1 та стоці 6 дорівнює 21.