/// <summary>
/// Znajduje scieżkę Eulera w grafie
/// </summary>
/// <param name="g">Badany graf</param>
/// <param name="ec">Znaleziona ścieżka (parametr wyjściowy)</param>
/// <returns>Informacja czy ścieżka Eulera istnieje</returns>
/// <remarks>
/// Jeśli w badanym grafie nie istnieje ścieżka Eulera metoda zwraca <b>false</b>, parametr <i>ec</i> ma wówczas wartość <b>null</b>.<br/>
/// <br/>
/// Metoda nie modyfikuje badanego grafu.<br/>
/// <br/>
/// Metoda implementuje algorytm Fleury'ego.
/// </remarks>
public static bool Lab04_Euler(this Graph g, out Edge[] ec)
{
// tylko cykl - 2 pkt
// cykl i sciezka - 3 pkt
/*
* Algorytm Fleury'ego
*
* utworz pusty stos krawedzi Euler
* utworz pusty stos krawedzi pom
* w = dowolny wierzcholek grafu
* umiesc na stosie pom sztuczna krawedz <w,w>
* dopoki pom jest niepusty powtarzaj
* w = wierzch. koncowy krawedzi ze szczytu stosu pom (bez pobierania krawedzi ze stosu)
* jesli stopien wychodzacy w > 0
* e = dowolna krawedz wychodzaca z w
* umiesc krawedz e na stosie pom
* usun krawedz e z grafu
* w przeciwnym przypadku
* pobiez szczytowy element ze stosu pom i umiesc go na stosie Euler
* usun ze stosu Euler sztuczna krawedz (petle) startowa (jest na szczycie)
*
* wynik: krawedzie tworzace cykl sa na stosie Euler
*
* Uwaga: powyzszy algorytm znajduje cykl Eulera (jesli istnieje),
* aby znalezc sciezke nalezy najpierw wyznaczyc wierzcholek startowy
* (nie mozna wystartowac z dowolnego)
*/
EdgesStack Euler = new EdgesStack();
EdgesStack pom = new EdgesStack();
int w = 0;
pom.Put(new Edge(w, w));
Graph clonedGraph = g.Clone();
// Trzeba byłoby sprawdzić jeszcze czy g jest Eulerowski (czy wszystkie wierzchołki są
// stopnia parzystego)
while (!pom.Empty)
{
w = pom.Peek().To;
if (clonedGraph.OutDegree(w) > 0)
{
Edge e = clonedGraph.OutEdges(w).First();
pom.Put(e);
clonedGraph.DelEdge(e);
}
else
{
Euler.Put(pom.Get());
}
}
Euler.Get();
ec = Euler.ToArray();
if (ec.First().From == ec.Last().To)
{
return(true);
}
else
{
ec = null;
return(false);
}
}
/// <summary>
/// Wyznacza maksymalny przepływ o minimalnym koszcie
/// </summary>
/// <param name="g">Graf przepustowości</param>
/// <param name="c">Graf kosztów</param>
/// <param name="source">Wierzchołek źródłowy</param>
/// <param name="target">Wierzchołek docelowy</param>
/// <param name="parallel">Informacja czy algorytm ma korzystać z równoległej wersji algorytmu Forda-Bellmana</param>
/// <param name="mf">Metoda wyznaczania wstępnego maksymalnego przepływu (bez uwzględniania kosztów)</param>
/// <param name="af">Metoda powiększania przepływu</param>
/// <param name="matrixToAVL">Czy optymalizować sposób reprezentacji grafu rezydualnego</param>
/// <returns>
/// Krotka (value, cost, flow) składająca się z
/// wartości maksymalnego przepływu, jego kosztu i grafu opisującego ten przepływ
/// </returns>
/// <exception cref="ArgumentException"></exception>
/// <remarks>
/// Można wybrać metodę wyznaczania wstępnego maksymalnego przepływu (parametr mf).<para/>
/// Domyślna wartość mf (null) oznacza konstrukcję wstępnego przepływu z wykorzystaniem sztucznej krawędzi.<para/>
/// Można wybrać metodę powiększania przepływu (parametr pf).<para/>
/// Znaczenie tego parametru zależy od wybranej metody wyznaczania wstępnego maksymalnego przepływu
/// (parametr mf), dla niektórych wartości parametru mf
/// (np. <see cref="MaxFlowGraphExtender.FordFulkersonDinicMaxFlow"/>)
/// jawne wskazanie metody powiększania przepływu jest konieczne
/// (pozostawienie domyślnej wartości parametru pf (null)
/// spowoduje zgłoszenie wyjątku <see cref="ArgumentException"/>).<para/>
/// Metoda uruchomiona dla grafu nieskierowanego lub grafu
/// z ujemnymi przepustowościami krawędzi zgłasza wyjątek <see cref="ArgumentException"/>.<para/>
/// Gdy grafy przepustowości i kosztów mają różną strukturę lub parametry
/// source i target są równe metoda również zgłasza wyjątek <see cref="ArgumentException"/>.<para/>
/// Gdy w grafie przepustowości istnieją krawędzie w obu kierunkach
/// pomiędzy parą wierzchołków metoda również zgłasza wyjątek <see cref="ArgumentException"/>.
/// </remarks>
/// <seealso cref="MinCostFlowGraphExtender"/>
/// <seealso cref="ASD.Graphs"/>
public static (double value, double cost, Graph flow) MinCostFlow(this Graph g, Graph c, int source, int target, bool parallel = false, MaxFlow mf = null, AugmentFlow af = null, bool matrixToAVL = true)
{
if (!g.Directed)
{
throw new ArgumentException("Undirected graphs are not allowed");
}
if (source == target)
{
throw new ArgumentException("Source and target must be different");
}
if (g.VerticesCount != c.VerticesCount)
{
throw new ArgumentException("Inconsistent capacity and cost graphs");
}
var fordBellmanShortestPaths = parallel ? ShortestPathsGraphExtender.FordBellmanShortestPathsParallel : new FordBellmanShortestPaths(ShortestPathsGraphExtender.FordBellmanShortestPaths);
var gOut = new HashSet <int>();
var cOut = new HashSet <int>();
for (var i = 0; i < g.VerticesCount; i++)
{
gOut.Clear();
cOut.Clear();
foreach (var edge in g.OutEdges(i))
{
if (edge.Weight < 0.0)
{
throw new ArgumentException("Negative capacity edges are not allowed");
}
if (!g.GetEdgeWeight(edge.To, edge.From).IsNaN())
{
throw new ArgumentException(
"Edges in both directions between pair of vertices are not allowed");
}
gOut.Add(edge.To);
}
foreach (var edge in c.OutEdges(i))
{
cOut.Add(edge.To);
}
if (!gOut.SetEquals(cOut))
{
throw new ArgumentException("Inconsistent capacity and cost graphs");
}
}
var tempCost = double.NaN;
var tempFlow = double.NaN;
var maxFlow = double.NaN;
Graph flow;
if (mf != null)
{
(maxFlow, flow) = mf(g, source, target, af, matrixToAVL);
}
else
{
if (!(tempFlow = g.GetEdgeWeight(source, target)).IsNaN())
{
g.DelEdge(source, target);
}
if (!(tempCost = c.GetEdgeWeight(source, target)).IsNaN())
{
c.DelEdge(source, target);
}
flow = g.IsolatedVerticesGraph();
var maxPossibleFlow = g.OutEdges(source).Sum(e => e.Weight);
g.AddEdge(source, target, maxPossibleFlow + 1.0);
flow.AddEdge(source, target, maxPossibleFlow + 1.0);
var maxPossibleCost = 0.0;
for (var i = 0; i < c.VerticesCount; i++)
{
foreach (var edge4 in c.OutEdges(i))
{
maxPossibleCost += Math.Abs(edge4.Weight);
flow.AddEdge(edge4.From, edge4.To, 0.0);
}
}
c.AddEdge(source, target, maxPossibleCost + 1.0);
}
var residualFlow = flow.IsolatedVerticesGraph();
var residualCost = flow.IsolatedVerticesGraph();
for (var i = 0; i < flow.VerticesCount; i++)
{
foreach (var edge in flow.OutEdges(i))
{
var something = Math.Min(g.GetEdgeWeight(edge.From, edge.To), double.MaxValue) - edge.Weight;
if (something > 0.0)
{
residualFlow.AddEdge(edge.From, edge.To, something);
residualCost.AddEdge(edge.From, edge.To, c.GetEdgeWeight(edge.From, edge.To));
}
if (edge.Weight > 0.0)
{
residualFlow.AddEdge(edge.To, edge.From, edge.Weight);
residualCost.AddEdge(edge.To, edge.From, -c.GetEdgeWeight(edge.From, edge.To));
}
}
}
var foundFlow = 0.0;
while (!fordBellmanShortestPaths(residualCost, target, out var pi))
{
var cycle = residualCost.FindNegativeCostCycle(pi).cycle;
var cycleMaxFlow = double.PositiveInfinity;
var flag = false;
foreach (var edge in cycle)
{
if (edge.From == target && edge.To == source)
{
flag = true;
}
var weight = residualFlow.GetEdgeWeight(edge.From, edge.To);
if (cycleMaxFlow > weight)
{
cycleMaxFlow = weight;
}
}
if (flag)
{
foundFlow += cycleMaxFlow;
}
foreach (var edge in cycle)
{
if (flag = (flow.GetEdgeWeight(edge.To, edge.From) > 0.0))
{
var weight = flow.ModifyEdgeWeight(edge.To, edge.From, -cycleMaxFlow);
if (weight < 0.0)
{
flow.ModifyEdgeWeight(edge.To, edge.From, -weight);
flow.ModifyEdgeWeight(edge.From, edge.To, -weight);
}
}
else
{
flow.ModifyEdgeWeight(edge.From, edge.To, cycleMaxFlow);
}
if (residualFlow.ModifyEdgeWeight(edge.From, edge.To, -cycleMaxFlow) == 0.0)
{
residualFlow.DelEdge(edge);
residualCost.DelEdge(edge);
}
if (residualFlow.ModifyEdgeWeight(edge.To, edge.From, cycleMaxFlow).IsNaN())
{
residualFlow.AddEdge(edge.To, edge.From, cycleMaxFlow);
var weight = (flag ? c.GetEdgeWeight(edge.To, edge.From) : c.GetEdgeWeight(edge.From, edge.To));
residualCost.AddEdge(edge.To, edge.From, flag ? weight : (-weight));
}
}
}
if (mf == null)
{
g.DelEdge(source, target);
c.DelEdge(source, target);
flow.DelEdge(source, target);
if (!tempFlow.IsNaN())
{
foundFlow += tempFlow;
g.AddEdge(source, target, tempFlow);
c.AddEdge(source, target, tempCost);
flow.AddEdge(source, target, tempFlow);
}
maxFlow = foundFlow;
}
var cost = 0.0;
for (var k = 0; k < flow.VerticesCount; k++)
{
cost += flow.OutEdges(k).Sum(e => e.Weight * c.GetEdgeWeight(e.From, e.To));
}
return(maxFlow, cost, flow);
}
/// <summary>
/// Znajduje scieżkę Eulera w grafie
/// </summary>
/// <param name="g">Badany graf</param>
/// <param name="ec">Znaleziona ścieżka (parametr wyjściowy)</param>
/// <returns>Informacja czy ścieżka Eulera istnieje</returns>
/// <remarks>
/// Jeśli w badanym grafie nie istnieje ścieżka Eulera metoda zwraca <b>false</b>, parametr <i>ec</i> ma wówczas wartość <b>null</b>.<br/>
/// <br/>
/// Metoda nie modyfikuje badanego grafu.<br/>
/// <br/>
/// Metoda implementuje algorytm Fleury'ego.
/// </remarks>
public static bool Lab04_Euler(this Graph g, out Edge[] ec)
{
// tylko cykl - 2 pkt
// cykl i sciezka - 3 pkt
//check if graph has euler cycle or path
int numOfOddVertices = 0, cc = 0;
int oddVertex = -1;
Predicate <int> preVertex = delegate(int vertex)
{
if (g.OutDegree(vertex) % 2 != 0)
{
numOfOddVertices++;
oddVertex = vertex;
if (numOfOddVertices > 2)
{
return(false);
}
}
return(true);
};
GeneralSearchGraphExtender.GeneralSearchAll <EdgesStack>(g, preVertex, null, null, out cc);
if (cc != 1 || numOfOddVertices > 2)
{
ec = null;
return(false);
}
Graph h = g.Clone();
//find euler cycle
//if(0 == numOfOddVertices)
//{
EdgesStack euler = new EdgesStack();
EdgesStack tmp = new EdgesStack();
int v = -1 == oddVertex ? 0 : oddVertex; //h.OutDegree(0) > 0, if start with oddVertex algorithm finds euler path
tmp.Put(new Edge(v, v)); //dummy edge to remove later
while (!tmp.Empty)
{
v = tmp.Peek().To;
if (h.OutDegree(v) > 0)
{
foreach (var e in h.OutEdges(v))
{
tmp.Put(e);
h.DelEdge(e);
break;
}
}
else
{
euler.Put(tmp.Get());
}
}
euler.Get(); //dummy edge
ec = new Edge[euler.Count];
for (int i = 0; i < ec.Length; i++)
{
ec[i] = euler.Get();
}
return(true);
//}
/*
* Algorytm Fleury'ego
*
* utworz pusty stos krawedzi Euler
* utworz pusty stos krawedzi pom
* w = dowolny wierzcholek grafu
* umiesc na stosie pom sztuczna krawedz <w,w>
* dopoki pom jest niepusty powtarzaj
* w = wierzch. koncowy krawedzi ze szczytu stosu pom (bez pobierania krawedzi ze stosu)
* jesli stopien wychodzacy w > 0
* e = dowolna krawedz wychodzaca z w
* umiesc krawedz e na stosie pom
* usun krawedz e z grafu
* w przeciwnym przypadku
* pobiez szczytowy element ze stosu pom i umiesc go na stosie Euler
* usun ze stosu Euler sztuczna krawedz (petle) startowa (jest na szczycie)
*
* wynik: krawedzie tworzace cykl sa na stosie Euler
*
* Uwaga: powyzszy algorytm znajduje cykl Eulera (jesli istnieje),
* aby znalezc sciezke nalezy najpierw wyznaczyc wierzcholek startowy
* (nie mozna wystartowac z dowolnego)
*/
}
