public Dictionary <string, double> Execute(int _StartNodeId, int _TargetNodeId)
{
//Console.WriteLine("Starte Edmonds Karp Algorithmus");
var hStartNode = FUsedGraph.GetNodeDictionary()[_StartNodeId];
double hGesamtfluss = 0.0;
// Initialisierung Flussgraph
var hUsedGraphEdgeDictionary = FUsedGraph.GenerateEdgeHashDictionary();
FFlussGraphDictionary = new Dictionary <string, double>();
foreach (var hEdgeHash in hUsedGraphEdgeDictionary.Keys)
{
FFlussGraphDictionary.Add(hEdgeHash, 0.0);
}
// Erstelle den Residualgraph
var hResidualGraph = ResidualGraphGenerator.Generate(FUsedGraph, FFlussGraphDictionary);
// Eine Breitensuche auf dem Residualgraph
var hBfsSearch = new BreadthFirstSearch();
var hBfsGraph = hBfsSearch.Execute <CapacityWeighted>(hResidualGraph.GetNodeDictionary()[_StartNodeId]);
// Solange im Augmentationsnetzwerk noch ein Pfad zum Zielknoten gefunden wird.
while (hBfsGraph.GetNodeDictionary().ContainsKey(_TargetNodeId))
{
// Ermittle im BFS Ergebnis des Augmentationsgraph den Pfad zum Zielknoten und merke den Augmentationswert
var hBfsGraphParentInfo = hBfsSearch.GetParentNodeEdge();
var hCurrentNodeIdInBFSPath = _TargetNodeId;
var hBfsPathEdgeHashesStack = new Stack <string>();
var hAugmentationsValue = double.PositiveInfinity;
while (hCurrentNodeIdInBFSPath != _StartNodeId)
{
if (hBfsGraphParentInfo[hCurrentNodeIdInBFSPath].Edge.GetWeightValue <CapacityWeighted>() < hAugmentationsValue)
{
hAugmentationsValue = hBfsGraphParentInfo[hCurrentNodeIdInBFSPath].Edge.GetWeightValue <CapacityWeighted>();
}
// Merken welche Kanten in der BFS Suche involviert waren. Dies wird als "VonKnotenId-NachKnotenId" String gespeichert. Dies entspricht dem EdgeHash
hBfsPathEdgeHashesStack.Push(hBfsGraphParentInfo[hCurrentNodeIdInBFSPath].Node.Id + "-" + hCurrentNodeIdInBFSPath);
hCurrentNodeIdInBFSPath = hBfsGraphParentInfo[hCurrentNodeIdInBFSPath].Node.Id; // Ermitteln des Parents
}
// Gesamtfluss
hGesamtfluss += hAugmentationsValue;
// Bisherigen Flusspfad anpassen
// Beim zurücklaufen zum Startknoten wurden alle relevanten Kanten besucht und die Hashes der Kanten gespeichert
foreach (var hBfsPathEdgeHash in hBfsPathEdgeHashesStack)
{
if (ResidualGraphGenerator.HinkantenEdgeHashes.Contains(hBfsPathEdgeHash))
{
// Bei der Breitensuche im Augmentieren Graphen wurde eine Hinkante verwendet.
// Diese Kante kann ich im Flussgraphen Dictionary direkt ansprechen da die Konten im Hash in der richtigen Reihenfolge stehen
FFlussGraphDictionary[hBfsPathEdgeHash] += hAugmentationsValue;
}
else if (ResidualGraphGenerator.RueckKantenEdgeHashes.Contains(hBfsPathEdgeHash))
{
// Bei der Breitensuche im Augmentieren Graphen wurde eine Rückkante verwendet.
// Diese Rückkante existiert so im originalen Graphen nicht weshalb auch der Hash-Value nicht passt.
// Dieser ist lediglich verdreht. Also wird der HashWert vorher noch gespiegelt um die ursprüngliche Kante zu identifizieren
var hHashValueOfOriginalEdge = InvertEdgeHash(hBfsPathEdgeHash);
FFlussGraphDictionary[hHashValueOfOriginalEdge] -= hAugmentationsValue;
}
}
// Neuer Residualgraph
hResidualGraph = ResidualGraphGenerator.Generate(FUsedGraph, FFlussGraphDictionary);
// Bfs darauf
hBfsSearch = new BreadthFirstSearch();
hBfsGraph = hBfsSearch.Execute <CapacityWeighted>(hResidualGraph.GetNodeDictionary()[_StartNodeId]);
}
Dictionary <string, double> hResultFlow = new Dictionary <string, double>();
//Console.WriteLine("Flussverlauf:");
foreach (var hFlussInfo in FFlussGraphDictionary)
{
if (hFlussInfo.Value > 0.0)
{
//Console.WriteLine(hFlussInfo.Key + "\t" + hFlussInfo.Value);
hResultFlow.Add(hFlussInfo.Key, hFlussInfo.Value);
}
}
//Console.WriteLine("Gesamtfluss:\t" + hGesamtfluss);
return(hResultFlow);
}
public void Execute()
{
var hNodeDictionary = FUsedGraph.GetNodeDictionary();
var hNodeCount = hNodeDictionary.Count;
// Erstellen der SuperQuelle
var hSuperSource = new BalancedNode(hNodeCount, 0.0);
FUsedGraph.TryToAddNode(hSuperSource);
// Erstellen der SuperSenke
var hSuperTarget = new BalancedNode(hNodeCount + 1, 0.0);
FUsedGraph.TryToAddNode(hSuperTarget);
// Balance der Knoten prüfen und an SuperQuelle und SuperSenke anhängen
foreach (var hNode in hNodeDictionary.Values)
{
var hNodeBalance = ((BalancedNode)hNode).Balance;
if (hNodeBalance > 0.0)
{
// Es ist eine Quelle. Die SuperQuelle soll nun eine Kante auf diesen Knoten haben. Die Kapazität der Kante entspricht der Balance des Knotens
var hNewEdge = new DirectedEdge(hSuperSource, hNode);
hNewEdge.AddWeight(new CapacityWeighted(hNodeBalance));
FUsedGraph.AddEdge(hNewEdge); // Todo: Prüfen ob es richtig funktioniert
}
else if (hNodeBalance < 0.0)
{
// Es ist eine Senke. Dieser Knoten soll nun eine Kante zur SuperSenke haben. Die Kapazität der Kante entspricht der Balance des Knotens
var hNewEdge = new DirectedEdge(hNode, hSuperTarget);
hNewEdge.AddWeight(new CapacityWeighted(-1.0 * hNodeBalance));
FUsedGraph.AddEdge(hNewEdge); // Todo: Prüfen ob es richtig funktioniert
}
}
FUsedGraph.UpdateNeighbourInfoInNodes();
// Nun soll der Edmonds-Karp Algorithmus ausgeführt werden. Dabei werden die SuperQuelle und SuperSenke verwendet
var hEdmondsKarpAlgorithm = new EdmondsKarpAlgorithm(FUsedGraph);
var hFlow = hEdmondsKarpAlgorithm.Execute(hSuperSource.Id, hSuperTarget.Id);
// Nutzt die SuperQuelle die Kantenkapazitäten voll aus?
foreach (var hNeighborEdge in hSuperSource.NeighbourEdges)
{
var hNeighborEdgeHash = hNeighborEdge.Edge.EdgeHashInfo()[0];
var hFlowValue = hFlow[hNeighborEdgeHash];
var hEdgeCapacity = hNeighborEdge.Edge.GetWeightValue <CapacityWeighted>();
if (!hFlowValue.Equals(hEdgeCapacity))
{
// Kein gültiger b-Fluss (Graph kann nicht alles übertragen)
FUsedGraph.RemoveNode(hSuperSource);
FUsedGraph.RemoveNode(hSuperTarget);
Console.WriteLine("Kein Fluss möglich");
return;
}
}
// Löschen der SuperQuelle, SuperSenke und den verbindenden Kanten
FUsedGraph.RemoveNode(hSuperSource);
FUsedGraph.RemoveNode(hSuperTarget);
// Den Fluss übernehmen. Dabei aber die Infos zur SuperQuelle und SuperSenke Ignorieren
var hTotalFlow = 0.0;
var hGraphEdgeDictionary = FUsedGraph.GenerateEdgeHashDictionary();
var hFlussGraphDictionary = new Dictionary <string, double>();
foreach (var hEdgeHash in hGraphEdgeDictionary.Keys)
{
hFlussGraphDictionary.Add(hEdgeHash, 0.0);
}
foreach (var hFlowInfo in hFlow)
{
if (hFlussGraphDictionary.ContainsKey(hFlowInfo.Key))
{
hFlussGraphDictionary[hFlowInfo.Key] = hFlowInfo.Value;
}
}
// Solange es noch negative Zyklen gibt
var hFoundNegativeCycle = true;
while (hFoundNegativeCycle)
{
hFoundNegativeCycle = false;
// Residualgraphen erstellen
var hResidualGraph = ResidualGraphGenerator.GenerateCostCapacity(FUsedGraph, hFlussGraphDictionary);
var hEdgeHashDictionary = hResidualGraph.GenerateEdgeHashDictionary();
// Ausgehend von jedem Knoten wird versucht ein negativer Zykel zu finden
foreach (var hNode in hResidualGraph.GetNodeDictionary())
{
// Negativen Zyklus bezüglich den Kosten suchen
var hBellmanFordAlgorithm = new BellmanFordAlgorithm(hResidualGraph);
hBellmanFordAlgorithm.Execute(hNode.Value.Id);
if (hBellmanFordAlgorithm.HasNegativeCycles)
{
// Negativen Zyklus gefunden
hFoundNegativeCycle = true;
// ToDo Auf diesem Zyklus die maximale Kapazität ermitteln
var hEdgeHashesOfCycle = hBellmanFordAlgorithm.CycleEdges;
var hMinCapacityInCycle = Double.PositiveInfinity;
foreach (var hEdgeInCycleHash in hEdgeHashesOfCycle)
{
var hEdgeCapcaityValue = hEdgeHashDictionary[hEdgeInCycleHash].GetWeightValue <CapacityWeighted>();
if (hEdgeCapcaityValue < hMinCapacityInCycle)
{
hMinCapacityInCycle = hEdgeCapcaityValue;
}
}
hTotalFlow += hMinCapacityInCycle;
// ToDo Fluss auf dem Originalen Graphen entsprechend anpassen (Orginial Kante, Nicht-Original Kante)
foreach (var hEdgeInCycleHash in hEdgeHashesOfCycle)
{
if (ResidualGraphGenerator.HinkantenEdgeHashes.Contains(hEdgeInCycleHash))
{
// Hinkante
// Diese Kante kann ich im Flussgraphen Dictionary direkt ansprechen da die Konten im Hash in der richtigen Reihenfolge stehen
hFlussGraphDictionary[hEdgeInCycleHash] += hMinCapacityInCycle;
}
else if (ResidualGraphGenerator.RueckKantenEdgeHashes.Contains(hEdgeInCycleHash))
{
// Bei der Breitensuche im Augmentieren Graphen wurde eine Rückkante verwendet.
// Diese Rückkante existiert so im originalen Graphen nicht weshalb auch der Hash-Value nicht passt.
// Dieser ist lediglich verdreht. Also wird der HashWert vorher noch gespiegelt um die ursprüngliche Kante zu identifizieren
var hHashValueOfOriginalEdge = HelpFunctions.InvertEdgeHash(hEdgeInCycleHash);
hFlussGraphDictionary[hHashValueOfOriginalEdge] -= hMinCapacityInCycle;
}
}
break;
}
}
}
// Kosten des Flusses ermitteln
var hFlowCost = 0.0;
foreach (var hEdgeInFlow in hFlussGraphDictionary)
{
var hEdge = hGraphEdgeDictionary[hEdgeInFlow.Key];
hFlowCost += hEdge.GetWeightValue <CostWeighted>() * hEdgeInFlow.Value;
}
Console.WriteLine("Kostenminimaler Fluss:\t" + hFlowCost);
}
public void Execute()
{
var hGraphEdgeHashDictionary = FUsedGraph.GenerateEdgeHashDictionary();
var hNodeDictionary = FUsedGraph.GetNodeDictionary();
var hFlussGraphDictionary = new Dictionary <string, double>();
foreach (var hEdge in hGraphEdgeHashDictionary)
{
var hFlowValue = 0.0;
var hEdgeCost = hEdge.Value.GetWeightValue <CostWeighted>();
if (hEdgeCost < 0.0)
{
hFlowValue = hEdge.Value.GetWeightValue <CapacityWeighted>();
}
// Negative Kanten direkt voll auslasten
hFlussGraphDictionary.Add(hEdge.Key, hFlowValue);
}
// Pseudo-Balance Initalisieren
var hPseudoBalanceDictionary = new Dictionary <int, double>();
foreach (var hNode in hNodeDictionary)
{
hPseudoBalanceDictionary.Add(hNode.Key, 0.0);
}
foreach (var hGraphEdgeHashDictionaryEntry in hGraphEdgeHashDictionary)
{
// Wenn es sich um eine Kante mit negativen Kosten handelt
var hEdgeCost = hGraphEdgeHashDictionaryEntry.Value.GetWeightValue <CostWeighted>();
if (hEdgeCost < 0.0)
{
var hDirectedEdge = hGraphEdgeHashDictionaryEntry.Value as DirectedEdge;
var hTargetNodeId = hDirectedEdge.GetPossibleEnpoints()[0].Id;
var hSourceNodeId = hDirectedEdge.GetEdgeSource().Id;
// Balance des Ursprungs-Knoten (bzgl. Kante) anpassen
hPseudoBalanceDictionary[hSourceNodeId] += hFlussGraphDictionary[hGraphEdgeHashDictionaryEntry.Key];
// Balance des Ziel-Knotens (der Kante) anpassen
hPseudoBalanceDictionary[hTargetNodeId] -= hFlussGraphDictionary[hGraphEdgeHashDictionaryEntry.Key];
}
}
// Ermitteln der Pseudo-Quellen und Pseudo-Senken
var hPseudoQuellen = new HashSet <int>();
var hPseudoSenken = new HashSet <int>();
foreach (var hNode in hNodeDictionary.Values)
{
if (!(hNode is BalancedNode))
{
throw new InvalidDataException("Nur Balanced Nodes");
}
var hBalancedNode = hNode as BalancedNode;
var hNodeBalance = hBalancedNode.Balance;
var hPseudoBalance = hPseudoBalanceDictionary[hNode.Id];
if (hNodeBalance > hPseudoBalance)
{
hPseudoQuellen.Add(hNode.Id);
}
else if (hNodeBalance < hPseudoBalance)
{
hPseudoSenken.Add(hNode.Id);
}
}
// Solange es noch Pseudoquellen gibt
while (hPseudoQuellen.Count > 0)
{
// Residualgraphen erstellen
var hResidualGraph = ResidualGraphGenerator.GenerateCostCapacity(FUsedGraph, hFlussGraphDictionary);
var hResidualGraphEdgeHashDictionary = hResidualGraph.GenerateEdgeHashDictionary();
// Eine Pseudoquelle auswählen (z.B. die erste).
var hSelectedPseudoQuellenId = hPseudoQuellen.First();
// Versuchen eine erreichbare Senke zu finden (Kürzeste Weg)
var hFoundPath = false;
foreach (var hCurrentPseudoSenkenId in hPseudoSenken)
{
// ToDo unnötig. Einmal reicht
var hBellmanFordAlgorithm = new BellmanFordAlgorithm(hResidualGraph);
hBellmanFordAlgorithm.Execute(hSelectedPseudoQuellenId, hCurrentPseudoSenkenId);
if (hBellmanFordAlgorithm.FTargetFound)
{
hFoundPath = true;
// Minimum ermitteln (Pseudo-Quelle, Minimale Kantenkapazität, Pseudo-Senke)
// - Pseudo-Quelle
var hSelectedPseudoQuelle = hNodeDictionary[hSelectedPseudoQuellenId] as BalancedNode;
var hMinPseudoQuelle = hSelectedPseudoQuelle.Balance - hPseudoBalanceDictionary[hSelectedPseudoQuellenId];
// - Pseudo-Senke
var hCurrentPseudoSenke = hNodeDictionary[hCurrentPseudoSenkenId] as BalancedNode;
var hMinPseudoSenke = hPseudoBalanceDictionary[hCurrentPseudoSenkenId] - hCurrentPseudoSenke.Balance;
// - Pfad
var hMinCapacityInPath = double.PositiveInfinity;
foreach (var hPathEdgeHash in hBellmanFordAlgorithm.FShortestPathToTarget)
{
var hEdgeCapacity = hResidualGraphEdgeHashDictionary[hPathEdgeHash].GetWeightValue <CapacityWeighted>();
if (hEdgeCapacity < hMinCapacityInPath)
{
hMinCapacityInPath = hEdgeCapacity;
}
}
// Ermitteln was das Minimum von den drei ist
var hAugmentationValue = Math.Min(hMinCapacityInPath, Math.Min(hMinPseudoQuelle, hMinPseudoSenke));
// Fluss anpassen
foreach (var hPathEdgeHash in hBellmanFordAlgorithm.FShortestPathToTarget)
{
if (ResidualGraphGenerator.HinkantenEdgeHashes.Contains(hPathEdgeHash))
{
// Hinkante
// Diese Kante kann ich im Flussgraphen Dictionary direkt ansprechen da die Konten im Hash in der richtigen Reihenfolge stehen
hFlussGraphDictionary[hPathEdgeHash] += hAugmentationValue;
}
else if (ResidualGraphGenerator.RueckKantenEdgeHashes.Contains(hPathEdgeHash))
{
// Bei der Breitensuche im Augmentieren Graphen wurde eine Rückkante verwendet.
// Diese Rückkante existiert so im originalen Graphen nicht weshalb auch der Hash-Value nicht passt.
// Dieser ist lediglich verdreht. Also wird der HashWert vorher noch gespiegelt um die ursprüngliche Kante zu identifizieren
var hHashValueOfOriginalEdge = HelpFunctions.InvertEdgeHash(hPathEdgeHash);
hFlussGraphDictionary[hHashValueOfOriginalEdge] -= hAugmentationValue;
}
}
// PseudoBalance anpassen
hPseudoBalanceDictionary[hSelectedPseudoQuellenId] += hAugmentationValue;
hPseudoBalanceDictionary[hCurrentPseudoSenkenId] -= hAugmentationValue;
// ggf. Pseudo-Quelle oder Pseudo-Senke entfernen
// ToDo Nur die betrachten, welche auch in der Pfad-Detektion verwendet wurde
hPseudoQuellen.RemoveWhere(
_PseudoQuellenId =>
{
var hPseudoQuelle = hNodeDictionary[_PseudoQuellenId] as BalancedNode;
if ((hPseudoBalanceDictionary[_PseudoQuellenId] - hPseudoQuelle.Balance) == 0)
{
return(true);
}
return(false);
}
);
hPseudoSenken.RemoveWhere(
_PseudoSenkenId =>
{
var hPseudoSenke = hNodeDictionary[_PseudoSenkenId] as BalancedNode;
if ((hPseudoBalanceDictionary[_PseudoSenkenId] - hPseudoSenke.Balance) == 0)
{
return(true);
}
return(false);
});
// Es wurde eine Senke gefunden. Also kann eine neue Pseudo-Quelle ausgewählt werden
break;
}
}
if (!hFoundPath)
{
// Wird keine erreichbare Senke gefunden so kann der Algortihmus aufhören. Es gibt keinen B-Fluss
Console.WriteLine("Von der Pseudo-Quelle " + hSelectedPseudoQuellenId + " aus konnte keine Pseudo-Senke erreicht werden.");
return;
}
}
// Jetzt sollte es keine Pseudo-Quellen mehr geben.
// Ausgabe des Kostenminimalen Flusses
var hFlowCost = 0.0;
foreach (var hEdgeInFlow in hFlussGraphDictionary)
{
var hEdge = hGraphEdgeHashDictionary[hEdgeInFlow.Key];
hFlowCost += hEdge.GetWeightValue <CostWeighted>() * hEdgeInFlow.Value;
}
Console.WriteLine("Kostenminimaler Fluss:\t" + hFlowCost);
}
