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运输网络的结构解析
MATH002Lesson 10
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运输网络是一种专门的数学结构,用于模拟商品、数据或材料通过受限通道系统中的流动。它通过指定特定的起点和终点,将一个标准的有向图转化为一个功能框架,并在系统中的每条连接上施加物理性的‘瓶颈’限制。

运输网络的定义

根据 定义 10.1.1,运输网络(或简称网络)是一个简单、加权、有向图,必须满足三个核心条件:

性质 (a):源点

一个指定的顶点,即 源点 ($a$ 或 $s$),代表起点。它没有入边(入度 = 0),并作为无限供应源。

性质 (b):汇点

一个指定的顶点,即 汇点 ($z$ 或 $t$),代表最终的消费者。它没有出边(出度 = 0)。

性质 (c):容量

每条有向边 $(i, j)$ 的权重 $C_{ij}$ 称为它的 容量。该值必须是非负数($C_{ij} \geq 0$),表示该边所能支持的最大流量。

现实类比:区域电网

为了使这些抽象概念具体化,可以考虑一个区域电力网络:

  • 源点: 一座大型水电大坝。它只产生电能;电能不会从电网进入大坝本身。
  • 汇点: 一个重工业制造区。它消耗所有流入的电能以驱动其设备;没有任何电能返回电网。
  • 边与容量: 输电线路就是边。它们的容量是物理导线在因过热而失效前能承受的最大电流。
  • 中间顶点: 本地变电站,它们引导流而不‘消耗’它(流量守恒)。

容量与流量的区别

必须清楚地区分 容量流量。容量 $C_{ij}$ 是一个静态的物理属性——它是潜在的体积。流量 $F_{ij}$ 是某一时刻实际移动的体积。在此幻灯片中,我们仅关注 结构性限制 (容量),而非当前的流动状态。

🎯 核心原则:结构性约束
每个运输网络都是一个有向图,其中流量从供应商(源点)流向消费者(汇点),通过由非负容量限制的通道进行。
源点:$deg^-(a) = 0 \quad | \quad$ 汇点:$deg^+(z) = 0 \quad | \quad$ 容量:$C_{ij} \geq 0$