Maxflow is a fundamental problem in graph theory and combinatorial optimisation, used to determine the maximum flow from a source node to a sink node in a flow network. It finds applications in diverse domains, including computer networks, transportation, and image segmentation. The core idea is to maximise the total flow across the network without violating capacity constraints on edges and ensuring flow conservation at intermediate nodes. The rapid growth of unstructured and semi-structured data has motivated the development of parallel solutions to compute MaxFlow. However, due to the higher computational complexity, computing Maxflow for real-world graphs is time-consuming in practice. In addition, these graphs are dynamic and constantly evolve over time. In this work, we propose two Push-Relabel based algorithms for processing dynamic graphs on GPUs. The key novelty of our algorithms is their ability to efficiently handle both increments and decrements in edge capacities together when they appear in a batch. We illustrate the efficacy of our algorithms with a suite of real-world graphs. Overall, we find that for small updates, dynamic recomputation is significantly faster than a static GPU-based Maxflow.


翻译:最大流问题是图论与组合优化中的基础问题,用于确定流网络中从源节点到汇节点的最大流量。该问题在计算机网络、交通运输、图像分割等多个领域具有广泛应用。其核心思想是在不违反边容量约束且保证中间节点流量守恒的前提下,最大化网络中的总流量。非结构化与半结构化数据的快速增长推动了并行计算最大流解决方案的发展。然而,由于计算复杂度较高,实际应用中为现实世界图计算最大流通常耗时较长。此外,这些图具有动态性,会随时间不断演化。本研究提出两种基于推-重标算法的GPU动态图处理方法。我们算法的关键创新在于能够高效批量处理边容量同时出现的增减变化。我们通过一系列现实世界图验证了算法的有效性。总体而言,对于小规模更新,动态重计算显著快于基于GPU的静态最大流算法。

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