أساسيات علوم الحاسوب: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و20 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدةالعودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

أنظمة العد

القيم الموضعية
الثنائي 2k، الثماني 8k، الست عشري 16k
إلى العشري
Σ dk·bk
من العشري
اقسم على الأساس، واقرأ البواقي من الأسفل إلى الأعلى
الست عشري ↔ الثنائي
رقم ست عشري واحد = 4 بتات
المتمم الثنائي
اعكس البتات وأضف 1

المنطق القضوي والبراهين

صفوف جدول الصدق
2ⁿ
الاستلزام
p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
نفي الاستلزام
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
الشرط الثنائي
p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
دي مورغان
¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
قوانين التوزيع
p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
نفي الكمّمات
¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
قاعدة الوضع (modus ponens) وقاعدة الرفع (modus tollens)
p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

الطريقة

  1. عُدّ المتغيرات المختلفة: لجدول الصدق 2ⁿ صفًا، ويبدأ بصف تكون فيه كلها 1.
  2. أعطِ كل صيغة جزئية عمودها الخاص واملأ الأعمدة من الداخل إلى الخارج.
  3. طبّق قاعدة كل رابط: → يساوي 0 فقط في الحالة 1 → 0، و ↔ يساوي 1 عندما يتفق الطرفان.
  4. للتكافؤات قارن العمودين الأخيرين صفًا بصف؛ وللحجة انظر فقط إلى الصفوف التي تكون فيها كل المقدمات 1.
  5. لنفي عبارة مكمَّمة، انقل ¬ إلى الداخل، وبدّل ∀ و ∃، وانفِ الصيغة الداخلية.

المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّابات

البوابات الأساسية
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
القواعد البولية
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
دي مورغان
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
ترتيب خريطة كارنو
00, 01, 11, 10 (Gray code)
مجموعة من 2ᵏ خلية
تفقد k متغيرًا
مضاعِف 4-إلى-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
القلّابات
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
العدّادات
n بتّات: 2ⁿ حالة؛ mod-N: أصغر n يحقق 2ⁿ ≥ N؛ fout = fclk/N
العدّاد المتموّج
fmax = 1/(n·tpd)
العدّادان الحلقي وجونسون
n و 2n حالة

الطريقة

  1. لدارة ما، اعمل من المداخل إلى المخرج بوابةً بوابةً واكتب القيمة على كل سلك، أو اكتب تعبيرها واملأ جدول الصدق.
  2. للتبسيط ضع الآحاد (وحالات عدم الاكتراث على شكل X) في خريطة كارنو بصفوف وأعمدة بشيفرة غراي: 00, 01, 11, 10.
  3. غطِّ الآحاد بأقل عدد ممكن وأكبر حجم ممكن من المجموعات ذات 1 أو 2 أو 4 أو 8 أو 16 خلية، مع الالتفاف حول الحواف؛ كل مجموعة حد جداء واحد من المتغيرات التي تبقى ثابتة. جمّع الأصفار للصيغة POS.
  4. للقلّابات والعدّادات اقرأ المداخل عند كل حافة ساعة فعالة، واكتب الحالة بعد كل حافة، وتذكّر أن عدّادًا ذا n بتّات يلتف بعد 2ⁿ حالة.

نظرية الأعداد والحساب المودولي

القسمة مع الباقي
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
إقليدس
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
المضاعف المشترك الأصغر
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
المعكوس
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
التطابق الخطي
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
دالة أويلر φ
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
فيرما
aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA
n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n

الطريقة

  1. اختزل كل عدد بالنسبة إلى n أولًا؛ البواقي تقع بين 0 و n − 1.
  2. للقاسم المشترك الأكبر، اقسم مرارًا بخوارزمية إقليدس؛ آخر باقٍ غير صفري هو القاسم المشترك الأكبر.
  3. للمعكوس، نفّذ الخوارزمية الموسّعة واحتفظ بمعامل a؛ أضف n إذا كان سالبًا.
  4. حلّ a·x ≡ b بالضرب في a⁻¹؛ ولدمج تطابقين اكتب x = r₁ + m₁k.
  5. للقوى اكتب الأس بالنظام الثنائي وربّع مرارًا؛ وفي RSA، d = e⁻¹ mod φ(n) مع φ(n) = (p − 1)(q − 1).

نظرية البيانات

مبرهنة المصافحة
Σ deg(v) = 2|E|
البيانات التامة
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
البيان المنتظم
|E| = n·k/2
الشجرة والغابة
|E| = n − 1, |E| = n − c
أوراق الشجرة
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
أويلر
الدارة: كل الدرجات زوجية؛ المسار: درجتان فرديتان بالضبط
دارات هاملتون في Kn
(n − 1)!/2
تحديث ديكسترا
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
المسارات (walks) بطول L
(Mᴸ)ij

الطريقة

  1. اكتب درجة كل رأس؛ مجموع الدرجات يساوي ضعف عدد الحواف.
  2. في أسئلة أويلر، تحقّق من أن البيان متصل وعُدّ الرؤوس ذات الدرجة الفردية.
  3. للأشجار استخدم n − 1 حافة ومبرهنة المصافحة.
  4. في ديكسترا احتفظ بجدول للمسافات المؤقتة وثبّت في كل جولة أصغر رأس غير مثبّت.
  5. لإيجاد شجرة ممتدة دنيا، رتّب الحواف بحسب الوزن وتخطَّ كل حافة تُغلق دورة (كروسكال)، أو أنمِ شجرة واحدة انطلاقًا من رأس البداية (برايم).

تقسيم شبكات IPv4

المضيفون في كل شبكة فرعية
2(32 − prefix) − 2 (/31: 2, /32: 1)
حجم الكتلة
256 − (mask octet)
عنوان الشبكة
IP AND القناع
عنوان البث
IP OR (NOT mask): كل بتات المضيف = 1
الشبكات الفرعية من n بتات مستعارة
2n

2مسائل تدريبية

1.أنظمة العدمتوسطة
القيم الموضعية في المتمم الثنائي1−12806413201608140201

النمط ذو 8 بتات 1010 0100 يخزّن عددًا صحيحًا بإشارة بصيغة المتمم الثنائي. ما قيمته N في النظام العشري؟

1010 01008 bit
N =
2.أنظمة العدصعبة
انقر على البتات لضبطها012806403201608040201

اضبط البتات على الناتج بـ 8 بتات لـ 0100 1100 OR 1000 1100. ما قيمة الناتج R بالعشري؟

0100 1100OR1000 1100
R =
3.المنطق القضوي والبراهينمتوسطة
(r ∧ p) ∨ qr ∨ (p ∧ q)(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)(r ∨ p) ∧ (r ∨ q)

أي صيغة تكافئ r ∧ (p ∨ q) منطقيًا؟ انقر عليها.

r ∧ (p ∨ q)
  1. 1(r ∧ p) ∨ q
  2. 2r ∨ (p ∧ q)
  3. 3(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
  4. 4(r ∨ p) ∧ (r ∨ q)
4.المنطق القضوي والبراهينصعبة
qrq → r¬q¬r11100100

الحجة ذات المقدمات q → r; ¬q والاستنتاج ¬r غير صحيحة. انقر على صف جدول الصدق الذي يمثل مثالًا مضادًا.

q → r¬q∴ ¬r
  1. 1q = 1, r = 1
  2. 2q = 1, r = 0
  3. 3q = 0, r = 1
  4. 4q = 0, r = 0
5.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّاباتمتوسطة
MUX1I0​CI1​0I2​1I3​ABS1​S0​F

لمضاعِف 4-إلى-1 مدخلا الاختيار S₁ = A و S₀ = B، ومداخل بياناته موصولة بـ I₀ = 1, I₁ = C, I₂ = 0, I₃ = 1. في كم من تركيبات A و B و C الثماني يكون المخرج F = 1؟ جد N.

I₀ = 1I₁ = CI₂ = 0I₃ = 1
N =
6.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّاباتصعبة
ABCD000111100001111000110302X4X5X716012013X150141819011010

للدالة F(A, B, C, D) = Σm(1, 6, 8, 9) + d(4, 5, 7, 15)، حيث تشير d إلى حالات عدم الاكتراث، جد عدد N المضمّنات الأولية الجوهرية (essential prime implicants).

F(A, B, C, D) = Σm(1, 6, 8, 9) + d(4, 5, 7, 15)
N =
7.نظرية الأعداد والحساب المودوليمتوسطة

جد أصغر عدد صحيح موجب x مع x ≡ 2 (mod 8) و x ≡ 6 (mod 9).

x ≡ 2 (mod 8)x ≡ 6 (mod 9)
x =
8.نظرية الأعداد والحساب المودوليصعبة
mc = me​ mod ncm = cd​ mod nm(n, e) = (1247, 17)d = ?

يستخدم مفتاح RSA العددين الأوليين p = 29 و q = 43 والأس العام e = 17. جد الأس الخاص d (0 < d < φ(n)).

p = 29q = 43e = 17
d =
9.الخوارزميات والتعقيدمتوسطة

أي خوارزمية تجد أقصر المسارات من مصدر واحد في رسم بياني أوزان أضلاعه غير سالبة؟

  1. Aخوارزمية كروسكال (Kruskal)
  2. Bخوارزمية بيلمان–فورد مطلوبة في جميع الحالات
  3. Cخوارزمية ديكسترا (Dijkstra)
  4. Dالبحث بالعمق أولًا (DFS)
10.الخوارزميات والتعقيدصعبة

ما الكلفة الزمنية والمكانية لحساب عدد فيبوناتشي رقم n بحلقة لا تحتفظ إلا بآخر قيمتين؟

  1. Aزمن O(2ⁿ) ومساحة O(1)
  2. Bزمن O(n) ومساحة O(n)
  3. Cزمن O(n) ومساحة O(1)
  4. Dزمن O(log n) ومساحة O(n)
11.هياكل البياناتمتوسطة

يُستخدم المخزن المؤقت الدائري (ring buffer) عادةً لتنفيذ:

  1. Aشجرة بحث ثنائية
  2. Bاجتياز مخطط
  3. Cدالة تجزئة
  4. Dطابور ثابت الحجم
12.هياكل البياناتصعبة

أي خاصية تُبقي كل شجرة B متوازنة تمامًا؟

  1. Aتخزّن كل عقدة مفتاحًا واحدًا
  2. Bالمفاتيح لا تُخزَّن إلا في الجذر
  3. Cلكل عقدة ابنان بالضبط
  4. Dكل الأوراق على العمق نفسه
13.نظرية البياناتمتوسطة

بيان متصل له 16 رؤوس و26 حافة. كم حافة k يجب حذفها لتبقى شجرة ممتدة؟

|V| = 16|E| = 26
k =
14.نظرية البياناتصعبة
51373914141ABCDEF

استخدم خوارزمية ديكسترا لإيجاد طول d(C) أقصر مسار من A إلى C في البيان الموزون.

البداية: Aالنهاية: C
d(C) =
15.قواعد البيانات و SQLمتوسطة

لماذا تُنشأ الفهارس على الأعمدة؟

  1. Aلمنع قيم NULL
  2. Bلتسريع عمليات الإدراج والتحديث على تلك الأعمدة
  3. Cلتوفير مساحة القرص
  4. Dلتسريع عمليات البحث والربط على تلك الأعمدة
16.قواعد البيانات و SQLصعبة

ماذا يُرجع الاستعلام التالي: SELECT name FROM students WHERE grade > (SELECT AVG(grade) FROM students)؟

  1. Aالطلاب الذين تزيد درجاتهم عن متوسط الدرجات
  2. Bالطلاب الحاصلون على أعلى درجة فقط
  3. Cمتوسط درجات جميع الطلاب
  4. Dخطأ لأن الاستعلامات الفرعية غير مسموح بها في WHERE
17.شبكات الحاسوبمتوسطة

لماذا يُفضَّل UDP غالبًا في مكالمات الفيديو المباشرة؟

  1. Aلأن انخفاض التأخير أهم من إعادة إرسال كل حزمة مفقودة
  2. Bلأن UDP يضمن وصول كل حزمة، فلا تتجمد الصورة أبدًا
  3. Cلأن UDP يشفّر البيانات تلقائيًا
  4. Dلأن UDP مطلوب لكل أنواع الفيديو
18.شبكات الحاسوبصعبة

تصل المحطتان A وC كلتاهما إلى نقطة الوصول B لكنهما لا تسمعان بعضهما، فتتصادم إطاراتهما عند B. كيف يساعد 802,11؟

  1. Aبزيادة TTL للإطارات
  2. Bبجعل A وC تستخدمان كشف التصادم فتتوقفان عن الإرسال حين تتداخل الإطارات
  3. Cبتوجيه إطارات A عبر C
  4. Dبتبادلات RTS/CTS الاختيارية: تخبر رسالة CTS من نقطة الوصول جميع المحطات القريبة بالانتظار
19.تقسيم شبكات IPv4متوسطة
/?11111111111111111111100000000000بتات الشبكةبتات المضيف

يحتاج قسم إلى 1661 عنوان مضيف في شبكة فرعية واحدة. ما أطول بادئة p (أصغر شبكة فرعية) تكفي؟

1661 hosts
p =
20.تقسيم شبكات IPv4صعبة
الثُمانية الأخيرة = 47012806413201618141211الشبكةالمضيف

عنوان مضيف هو 10.20.4.47/30. ما الثُمانية الرابعة x من عنوان شبكته؟

10.20.4.47/30
x =

3المحاليل

1.أنظمة العد

الإجابة: N = −92

أنظمة العد الموضعية: قيمة كل رقم هي قيمته مضروبة في قوة من قوى الأساس. في النظام الثنائي تساوي المواضع 1، 2، 4، 8، 16، …؛ وفي السداسي عشري 1، 16، 256، …، حيث تمثل A–F القيم 10–15. في المتمم الثنائي ذي 8 بتات تساوي البتة اليسرى −128 بدلًا من +128، وهكذا تُخزَّن الأعداد السالبة.

اجمع القيم

تحتفظ البتات الأخرى بقيمها الموجبة المعتادة.

−128 + 32 + 4 = −92

الإجابة

N = −92
2.أنظمة العد

الإجابة: R = 204

ضبط البتات: قيمة كل بت قوة للعدد اثنين (128 و64 … و1). الرقم السداسي عشري الواحد يساوي أربع بتات تمامًا، وفي المتمم الثنائي بـ 8 بتات تساوي قيمة البت الأيسر −128. وتعمل العمليات على مستوى البت على كل موضع بت على حدة.

بتًا ببت

تعطي OR القيمة 1 حيث يكون أحد البتين على الأقل 1.

0100 1100
OR 1000 1100
= 1100 1100

قيمة الناتج

1100 1100₂ = 204

الإجابة

R = 204
3.المنطق القضوي والبراهين

الإجابة: (r ∧ p) ∨ (r ∧ q)

التكافؤ المنطقي: تتكافأ صيغتان (≡) عندما يكون لهما القيمة نفسها في كل صف من جدول الصدق. الحشو يساوي 1 في كل صف، والتناقض يساوي 0 في كل صف، والممكن ليس هذا ولا ذاك. قوانين مفيدة: دي مورغان، ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b و ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b؛ و a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (العكس النقيض)؛ و ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b؛ وقوانين التوزيع، a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).

القانون

∧ توزَّع على ∨: a ∧ (b ∨ c) ≡ (a ∧ b) ∨ (a ∧ c).
r ∧ (p ∨ q) ≡ (r ∧ p) ∨ (r ∧ q)

تحقق بجدول الصدق

p = 1, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 1, r = 0: 0 | 1 1 0 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0
p = 0, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 0, q = 1, r = 0: 0 | 1 0 0 0
p = 0, q = 0, r = 1: 0 | 0 1 0 1
p = 0, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0

الإجابة

(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)

الأعمدة بعد الشريط هي الخيارات بالترتيب المعروض.

4.المنطق القضوي والبراهين

الإجابة: q = 0, r = 1

الكمّمات والحجج: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) و ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). انقل النفي إلى الداخل، وبدّل كل كمّم يمرّ به، وانفِ الصيغة الداخلية بقوانين المنطق القضوي، مثل ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. تكون الحجة صحيحة عندما يكون الاستنتاج 1 في كل صف تكون فيه كل المقدمات 1. صف واحد بمقدمات صائبة واستنتاج خاطئ هو مثال مضاد ويبيّن أن الحجة غير صحيحة.

المقدمات والاستنتاج صفًا صفًا

q = 1, r = 1: 1 0 | 0
q = 1, r = 0: 0 0 | 1
q = 0, r = 1: 1 1 | 0
q = 0, r = 0: 1 1 | 1

مثال مضاد

q = 0, r = 1

الإجابة

q = 0, r = 1

حجة بهذه الصيغة تبدو قاعدة صحيحة، لكن صفًا واحدًا يكفي لإثبات أنها ليست كذلك.

5.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّابات

الإجابة: N = 5

المضاعِف (MUX): يمرّر المضاعِف 2ⁿ-إلى-1 أحد مداخل البيانات إلى المخرج؛ وخطوط الاختيار، مقروءة كعدد ثنائي، تحدد أيّها. لمضاعِف 4-إلى-1 مع الاختيارين S₁S₀ = AB، F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. وبوصل مداخل البيانات بـ 0 أو 1 أو C أو C′ ينتج المضاعِف أي دالة في A و B و C، وهي طريقة شائعة لبناء المنطق بشريحة واحدة.

تعبير الخرج

F = A′B′ + A′BC + AB

الصفوف التي F = 1 فيها

ABC = 000, 001, 011, 110, 111
N = 5

الإجابة

N = 5
6.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّابات

الإجابة: N = 2

خرائط كارنو: ترتَّب الخلايا بشيفرة غراي (00, 01, 11, 10)، فتختلف الخلايا المتجاورة، بما فيها تلك التي عبر الحواف، في متغير واحد بالضبط. جمّع الآحاد في مستطيلات من 1 أو 2 أو 4 أو 8 أو 16 خلية، بأكبر حجم وأقل عدد ممكنين، حتى يُغطى كل 1. كل مجموعة حد جداء واحد: المتغيرات التي تبقى ثابتة داخلها. المجموعة من 2ᵏ خلية تفقد k متغيرًا. يجوز استخدام حالات عدم الاكتراث (X) لتكبير المجموعات لكن لا يجب تغطيتها أبدًا. أما تجميع الأصفار فيعطي الصيغة الدنيا POS.

المضمّنات الأولية

أكبر المجموعات التي يمكن تكوينها من الآحاد و X.

B′C′D, A′C′D, A′B, AB′C′
ABCD000111100001111000110302X4X5X716012013X150141819011010

المضمّنات الأولية الجوهرية

A′B, AB′C′
N = 2

الإجابة

N = 2
7.نظرية الأعداد والحساب المودولي

الإجابة: x = 42

المعكوسات والتطابقات: للعدد a معكوس بالنسبة إلى n بالضبط عندما gcd(a, n) = 1. تكتب خوارزمية إقليدس الموسّعة 1 = s·n + t·a، ثم a⁻¹ ≡ t (mod n). التطابق a·x ≡ b (mod n) مع gcd(a, n) = 1 حلّه x ≡ a⁻¹·b. لتطابقين x ≡ r₁ (mod m₁) و x ≡ r₂ (mod m₂) بمقياسين أوليين فيما بينهما حل واحد بالنسبة إلى m₁·m₂ (مبرهنة الباقي الصينية). تعدّ φ(n) لأويلر الأعداد من 1 إلى n التي أولية مع n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

التطابق الأول

x = 2 + 8k

التطابق الثاني

2 + 8k ≡ 6 (mod 9) → 8k ≡ 4 (mod 9)
k ≡ 8·4 ≡ 5 (mod 9)

النتيجة

x = 2 + 8·5 = 42
x = 42
تحقّق: 42 mod 8 = 2, 42 mod 9 = 6

الإجابة

x = 42
8.نظرية الأعداد والحساب المودولي

الإجابة: d = 761

القوى المودولية وRSA: احسب aᵏ mod n بالتربيع المتكرر: اكتب k بالنظام الثنائي، وربّع، واختزل بعد كل خطوة، واضرب القوى التي بتّها 1. فيرما: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) لعدد أولي p لا يقسم a، فيمكن اختزال الأس بالنسبة إلى p − 1. RSA: اختر عددين أوليين p و q، و n = p·q و φ(n) = (p − 1)(q − 1)؛ الأس العام e أولي مع φ(n)، والأس الخاص d = e⁻¹ mod φ(n). شفّر بـ c = mᵉ mod n وفكّ التشفير بـ m = cᵈ mod n.

المقياس ودالة أويلر

n = 29·43 = 1247
φ(n) = 28·42 = 1176

خوارزمية إقليدس الموسّعة

r = 1176, t = 0
r = 17, q = 69, t = 1
r = 3, q = 5, t = −69
r = 2, q = 1, t = 346
r = 1, q = 2, t = −415

الأس الخاص

d = 761
تحقّق: 17·761 = 12937 = 11·1176 + 1

الإجابة

d = 761
9.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: C · خوارزمية ديكسترا (Dijkstra)

لماذا هذه هي الإجابة

تعمل خوارزمية ديكسترا مع الأوزان غير السالبة؛ وتتعامل خوارزمية بيلمان–فورد مع الأوزان السالبة؛ وتبني خوارزمية كروسكال أشجارًا ممتدة صغرى.

الإجابة

C · خوارزمية ديكسترا (Dijkstra)
10.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: C · زمن O(n) ومساحة O(1)

لماذا هذه هي الإجابة

لا تحتاج كل خطوة إلا إلى القيمتين السابقتين، فيمكن استبدال جدول الطريقة التصاعدية بمتغيرين.

الإجابة

C · زمن O(n) ومساحة O(1)
11.هياكل البيانات

الإجابة: D · طابور ثابت الحجم

لماذا هذه هي الإجابة

يستخدم المخزن الدائري فهرسَي head وtail يلتفّان إلى البداية، مما يوفّر enqueue وdequeue في O(1) ضمن ذاكرة ثابتة.

الإجابة

D · طابور ثابت الحجم
12.هياكل البيانات

الإجابة: D · كل الأوراق على العمق نفسه

لماذا هذه هي الإجابة

تنقسم العقد إلى الأعلى حين تمتلئ، ولا يزداد ارتفاع الشجرة إلا حين ينقسم الجذر، فتبقى الأوراق كلها دائمًا على المستوى نفسه.

الإجابة

D · كل الأوراق على العمق نفسه
13.نظرية البيانات

الإجابة: k = 11

أويلر وهاملتون والأشجار: لبيان متصل دارة أويلر (كل حافة مرة واحدة، والعودة إلى البداية) عندما تكون لكل رأس درجة زوجية، ومسار أويلر ليس دارة عندما تكون لرأسين بالضبط درجة فردية؛ ويسير المسار عندئذ من أحد الرأسين الفرديين إلى الآخر. تزور دارة هاملتون كل رأس مرة واحدة؛ وفي Kn منها (n − 1)!/2. للشجرة على n رأسًا n − 1 حافة، ويحتفظ بيان متصل ذو m حافة بشجرة ممتدة بعد حذف m − n + 1 حافة.

حواف الشجرة الممتدة

16 − 1 = 15

الحواف المراد حذفها

k = 26 − 15 = 11

الإجابة

k = 11
14.نظرية البيانات

الإجابة: d(C) = 9

أقصر المسارات والأشجار الممتدة: تثبّت خوارزمية ديكسترا رأسًا واحدًا في كل جولة: الرأس غير المثبّت ذا أصغر مسافة مؤقتة. تصبح مسافته نهائية، ويأخذ كل جار v القيمة d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). تبني خوارزمية كروسكال شجرة ممتدة دنيا بأخذ الحواف من الأخف إلى الأثقل وتخطّي كل حافة تُغلق دورة؛ وتنمّي خوارزمية برايم شجرة واحدة من رأس البداية بإضافة أخف حافة تغادرها دائمًا. وللشجرة الممتدة على n رأسًا n − 1 حافة.

ديكسترا جولةً جولةً

كل سطر: الرأس المثبَّت، ومسافته النهائية، والجيران الذين تتحسن مسافتهم.

A (0): B: 5
B (5): C: 18, D: 12, E: 6
E (6): C: 9, F: 20
C (9)
D (12)
F (20)

أقصر مسار

A → B → E → C
d(C) = 9

الإجابة

d(C) = 9
15.قواعد البيانات و SQL

الإجابة: D · لتسريع عمليات البحث والربط على تلك الأعمدة

لماذا هذه هي الإجابة

تُسرّع الفهارس (غالبًا أشجار B-tree) عمليات البحث، لكنها تشغل مساحة وتُبطئ عمليات INSERT و UPDATE التي يجب أن تحدّثها.

الإجابة

D · لتسريع عمليات البحث والربط على تلك الأعمدة
16.قواعد البيانات و SQL

الإجابة: A · الطلاب الذين تزيد درجاتهم عن متوسط الدرجات

لماذا هذه هي الإجابة

يحسب الاستعلام الفرعي القياسي (scalar subquery) المتوسط، ويحتفظ الاستعلام الخارجي بالطلاب الذين تزيد درجاتهم عنه.

الإجابة

A · الطلاب الذين تزيد درجاتهم عن متوسط الدرجات
17.شبكات الحاسوب

الإجابة: A · لأن انخفاض التأخير أهم من إعادة إرسال كل حزمة مفقودة

لماذا هذه هي الإجابة

إعادة إرسال الحزم المفقودة ستزيد التأخير؛ والوسائط في الوقت الحقيقي تتحمل بعض الفقد، لذا تُستخدم بروتوكولات مبنية على UDP مثل RTP.

الإجابة

A · لأن انخفاض التأخير أهم من إعادة إرسال كل حزمة مفقودة
18.شبكات الحاسوب

الإجابة: D · بتبادلات RTS/CTS الاختيارية: تخبر رسالة CTS من نقطة الوصول جميع المحطات القريبة بالانتظار

لماذا هذه هي الإجابة

ترسل المحطة طلب الإرسال (Request to Send)، فترد نقطة الوصول بإذن الإرسال (Clear to Send) الذي تسمعه كل محطة في نطاقها، فتؤجل المحطات المخفية الإرسال طوال المدة المحجوزة.

الإجابة

D · بتبادلات RTS/CTS الاختيارية: تخبر رسالة CTS من نقطة الوصول جميع المحطات القريبة بالانتظار
19.تقسيم شبكات IPv4

الإجابة: p = 21

تقسيم شبكات IPv4: يتكون العنوان من 32 بتة. تحدد البادئة /p عدد البتات الأولى التي تعرّف الشبكة؛ وتُرقّم البتات المتبقية 32 − p المضيفين. تحتوي الشبكة الفرعية على 2³²⁻ᵖ عنوانًا، لكن الأول (عنوان الشبكة) والأخير (عنوان البث) لا يُعطيان للمضيفين، فيتسع 2³²⁻ᵖ − 2 مضيفًا. الاستثناءات: الشبكة /31 (وصلة من نقطة إلى نقطة، RFC 3021) تستخدم كلا عنوانَيها الـ 2 للمضيفين، والشبكة /32 عنوان واحد فقط (مضيف واحد أو عنوان loopback).

بتات المضيف اللازمة

210 − 2 = 1022 < 1661
211 − 2 = 2046 ≥ 1661 → h = 11

طول البادئة

p = 32 − 11 = 21

الإجابة

p = /21
20.تقسيم شبكات IPv4

الإجابة: x = 44

تقسيم شبكات IPv4: يتكون العنوان من 32 بتة. تحدد البادئة /p عدد البتات الأولى التي تعرّف الشبكة؛ وتُرقّم البتات المتبقية 32 − p المضيفين. تحتوي الشبكة الفرعية على 2³²⁻ᵖ عنوانًا، لكن الأول (عنوان الشبكة) والأخير (عنوان البث) لا يُعطيان للمضيفين، فيتسع 2³²⁻ᵖ − 2 مضيفًا. الاستثناءات: الشبكة /31 (وصلة من نقطة إلى نقطة، RFC 3021) تستخدم كلا عنوانَيها الـ 2 للمضيفين، والشبكة /32 عنوان واحد فقط (مضيف واحد أو عنوان loopback).

حجم الكتلة

22 = 4

الشبكة الفرعية لهذا المضيف

الشبكة: ⌊47/4⌋·4 = 44
البث: 44 + 4 − 1 = 47
المضيفون القابلون للاستخدام: 45 … 46

الإجابة

x = 44

ExamProblems · examproblems.com/courses/computer-science-fundamentals