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グラフ理論の問題

難易度 3期末試験の応用レベル大学数学 グラフ理論

頂点集合 をもつ有向ネットワークがあり、有向辺とその容量は次のとおりである。

始点を 、終点を とするとき、 から への流れの値の最大値を求めよ。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(8 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 樹形図で数え上げる
  2. 積の法則と和の法則
  3. 和の法則・積の法則と樹形図
  4. 順列・円順列・重複順列
  5. 組合せ
  6. グラフの次数と握手補題
  7. ネットワークと s-t カットの容量
  8. 最大流最小カット定理

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

最大流最小カット定理を使う。値の大きな流れを 1 つ作り、それと同じ容量のカットを見つければ、それが最大である。

ヒント 2

の直前の頂点 に注目する。 に入る辺の容量の合計は で、 の容量 10 より小さい。

ヒント 3

とするカットを考えると、その容量は である。これと同じ値の流れが作れるか確かめよう。

答えと解説

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解説を読む

最大流最小カット定理より、最大流の値は - カットの容量の最小値に等しい。そこで、値 15 の流れを作り、容量 15 のカットを示す。

容量 15 のカット. , とすると、 から へ向かう辺は

の 4 本で、容量の和は 。どんな流れの値もカットの容量以下なので、流れの値は 15 以下である。

(参考: ほかのカットと比べると、 は 、 は 、 は で、いずれも 15 より大きい。)

値 15 の流れ. 各辺の流量を次のように定める。

どの辺も容量以下である。各中間頂点での流量保存を確かめる。
- : 入 、出
- : 入 、出
- : 入 、出
- : 入 、出

に入る量は なので、この流れの値は 15 である。

流れの値の上限 15 が実際に達成されるので、最大流の値は である。

別解

最大流最小カット定理を用いる。

【上界】、 のカットを考える。 から への辺は 、、、 で、容量の和は 。よって流れの値は 15 以下。

【流れの構成】
- ,
- , ,
- ,
- ,
-

容量条件: , , , , , , , , 。すべて満たす。
保存則: : 入 9 = 出 。: 入 6 = 出 。: 入 = 出 。: 入 = 出 8。
流れの値は からの出 、 への入 。

上界と一致するので、最大値は 15。

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