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 الثنائي1−12806403201618040211

النمط ذو 8 بتات 1000 1001 يخزّن عددًا صحيحًا بإشارة بصيغة المتمم الثنائي. ما قيمته N في النظام العشري؟

1000 10018 bit
N =
2.أنظمة العدصعبة
32 bit1 px1920 px1080 pxM = ? KiB

صورة غير مضغوطة أبعادها 1920 × 1080 بكسل و32 بت لكل بكسل. كم تشغل من الذاكرة M بوحدة KiB (1 KiB = 1024 بايت)؟

1920 × 1080 px32 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.المنطق القضوي والبراهينمتوسطة
¬(c ∧ a) ∧ ¬¬b(c ∧ a) ∧ ¬¬b¬(c ∧ a) → ¬¬b¬(c ∧ a) ∧ ¬b

تريد إثبات (c ∧ a) → ¬b بالتناقض. أي عبارة تفترضها في البداية؟ انقر عليها.

(c ∧ a) → ¬b
  1. 1¬(c ∧ a) ∧ ¬¬b
  2. 2(c ∧ a) ∧ ¬¬b
  3. 3¬(c ∧ a) → ¬¬b
  4. 4¬(c ∧ a) ∧ ¬b
4.المنطق القضوي والبراهينصعبة
prp → r¬p¬r11100100

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

p → r¬p∴ ¬r
  1. 1p = 1, r = 1
  2. 2p = 1, r = 0
  3. 3p = 0, r = 1
  4. 4p = 0, r = 0
5.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّاباتمتوسطة
MUXCI0​1I1​0I2​1I3​ABS1​S0​F

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

I₀ = CI₁ = 1I₂ = 0I₃ = 1
N =
6.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّاباتصعبة
CLKJK1234567

قلّاب JK يُحفَّز بالحافة الموجبة يبدأ بـ Q = 0 ويتلقى المداخل المعروضة. انقر على أول حافة ساعة ينتقل عندها Q من 1 عائدًا إلى 0.

Q₀ = 0JK
  1. 1حافة الساعة 1
  2. 2حافة الساعة 2
  3. 3حافة الساعة 3
  4. 4حافة الساعة 4
  5. 5حافة الساعة 5
  6. 6حافة الساعة 6
  7. 7حافة الساعة 7
7.نظرية الأعداد والحساب المودوليمتوسطة

جد دالة أويلر φ φ(250)، أي عدد الأعداد الصحيحة من 1 إلى 250 التي أولية مع 250.

n = 250 = 2·53
φ(250) =
8.نظرية الأعداد والحساب المودوليصعبة
mc = me​ mod ncm = cd​ mod nm(n, e) = (205, 13)d = ?

يستخدم مفتاح RSA العددين الأوليين p = 5 و q = 41 والأس العام e = 13. جد الأس الخاص d (0 < d < φ(n)).

p = 5q = 41e = 13
d =
9.الخوارزميات والتعقيدمتوسطة

ما زمن تنفيذ الفرز الجذري LSD على n عددًا صحيحًا من d خانة في الأساس k؟

  1. AO(dn log k)
  2. BO(d(n + k))
  3. CO(n²)
  4. DO(n log n)
10.الخوارزميات والتعقيدصعبة

لإثبات أن مسألة جديدة X هي NP-صعبة، ماذا يجب أن تفعل؟

  1. Aأن تبيّن أنه يمكن التحقق من X في زمن كثير حدود
  2. Bأن تبيّن أن X ليس لها خوارزمية كثيرة حدود للمدخلات الصغيرة
  3. Cأن تختزل X إلى مسألة NP-صعبة معروفة في زمن كثير حدود
  4. Dأن تختزل مسألة NP-صعبة معروفة إلى X في زمن كثير حدود
11.هياكل البياناتمتوسطة

في كومة صغرى ثنائية (min-heap) مخزّنة في مصفوفة (يبدأ الفهرس من 0)، يقع ابنا العقدة ذات الفهرس i في:

  1. A2i + 1 و 2i + 2
  2. Bi + 1 و i + 2
  3. C2i و 2i + 1
  4. Di/2 و i/2 + 1
12.هياكل البياناتصعبة

التعقيد الزمني لعملية decrease-key في الكومة الثنائية (مع معرفة موضع العنصر) هو:

  1. AO(n log n)
  2. BO(1)
  3. CO(n)
  4. DO(log n)
13.نظرية البياناتمتوسطة

بيان متصل له 20 رؤوس و30 حافة. كم حافة k يجب حذفها لتبقى شجرة ممتدة؟

|V| = 20|E| = 30
k =
14.نظرية البياناتصعبة
8134207123ABCDEF

جد الوزن الكلي W لشجرة ممتدة دنيا في البيان الموزون.

|V| = 6|E| = 8
W =
15.قواعد البيانات و SQLمتوسطة

تتطلب الصيغة الطبيعية الأولى (1NF) أن:

  1. Aيحتوي كل جدول على عمود واحد بالضبط
  2. Bلا توجد مفاتيح أجنبية
  3. Cيحتوي كل عمود على قيم ذرية وألا توجد مجموعات متكررة
  4. Dيعتمد كل عمود غير مفتاحي على المفتاح كله وعلى المفتاح وحده
16.قواعد البيانات و SQLصعبة

يضمن القفل ثنائي المرحلة (2PL):

  1. Aألا تنتظر المعاملات أبدًا
  2. Bألا يحدث الجمود (deadlock) أبدًا
  3. Cجداول تنفيذ قابلة للتسلسل من حيث التعارض (conflict-serializable)
  4. Dعدم الحاجة إلى أي أقفال
17.شبكات الحاسوبمتوسطة

أي بروتوكول يستخدمه الأمر "ping"؟

  1. ATCP
  2. BHTTP
  3. CUDP
  4. DICMP
18.شبكات الحاسوبصعبة

تستخدم استعلامات DNS عادةً UDP. متى يستخدم DNS عادةً TCP بدلًا منه؟

  1. Aللردود الأكبر من أن يحملها UDP ولعمليات نقل المناطق
  2. Bلكل استعلام يُرسل من متصفح ويب
  3. Cفقط عندما يكون اسم النطاق أطول من عشرة أحرف
  4. Dفقط لعمليات البحث العكسي عن عناوين IP
19.تقسيم شبكات IPv4متوسطة
/?11111111111111111111111000000000بتات الشبكةبتات المضيف

يحتاج قسم إلى 368 عنوان مضيف في شبكة فرعية واحدة. ما أطول بادئة p (أصغر شبكة فرعية) تكفي؟

368 hosts
p =
20.تقسيم شبكات IPv4صعبة
الثُمانية الثالثة 179 … 186112806413211608041211مشتركمتغيّر

لدى موجّه مسارات إلى هذه الشبكات: 10.222.179.0/24, 10.222.180.0/24, 10.222.181.0/24, 10.222.182.0/24, 10.222.183.0/24, 10.222.184.0/24, 10.222.185.0/24, 10.222.186.0/24. ما أطول طول بادئة p لمسار تلخيصي واحد يغطّيها كلها؟

10.222.179.0/24 … 10.222.186.0/24
p =

3المحاليل

1.أنظمة العد

الإجابة: N = −119

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 + 8 + 1 = −119

الإجابة

N = −119
2.أنظمة العد

الإجابة: M = 8100 KiB

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.

البتات والبايتات

1920·1080·32 = 66355200 bit = 8294400 B

حوّل إلى KiB

8294400/1024 = 8100 KiB

الإجابة

M = 8100 KiB
3.المنطق القضوي والبراهين

الإجابة: (c ∧ a) ∧ ¬¬b

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).

أجزاء الاستلزام

a = c ∧ a, b = ¬b

نفي الاستلزام

¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = (c ∧ a) ∧ ¬¬b

الإجابة

(c ∧ a) ∧ ¬¬b

إذا أدى الافتراض إلى تناقض فالاستلزام صائب حتمًا.

4.المنطق القضوي والبراهين

الإجابة: p = 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

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

مثال مضاد

p = 0, r = 1

الإجابة

p = 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′C + A′B + AB

الصفوف التي F = 1 فيها

ABC = 001, 010, 011, 110, 111
N = 5

الإجابة

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

الإجابة: حافة الساعة 3

القلّابات والعدّادات: لا يتغير القلّاب إلا عند الحافة الفعالة للساعة. يَنسخ D مدخله (Q⁺ = D)؛ و T يتبدّل عندما T = 1؛ و JK يحتفظ عند 00، ويصفّر عند 01، ويضبط عند 10، ويتبدّل عند 11. للعدّاد الثنائي ذي n بتّات 2ⁿ حالة ويعدّ بالنمط 2ⁿ؛ وعدّاد mod-N يعدّ 0 و 1 … حتى N − 1 ثم يعود إلى 0، ويحتاج إلى أصغر n يحقق 2ⁿ ≥ N قلّابات. تُنصّف كل مرحلة في العدّاد المتموّج التردد، فيعمل الخرج الأخير لعدّاد mod-N بالتردد fclk/N. لعدّاد جونسون من n قلّابات 2n حالة، وللعدّاد الحلقي n.

Q بعد كل حافة

قلّاب JK: 00 يحتفظ، 01 يصفّر (Q = 0)، 10 يضبط (Q = 1)، 11 يتبدّل.

1: J = 0, K = 0 → Q = 0
2: J = 1, K = 0 → Q = 1
3: J = 1, K = 1 → Q = 0
4: J = 1, K = 0 → Q = 1
5: J = 0, K = 0 → Q = 1
6: J = 0, K = 1 → Q = 0
7: J = 1, K = 1 → Q = 1

أول تغير من 1 إلى 0

حافة الساعة 3

الإجابة

حافة الساعة 3
7.نظرية الأعداد والحساب المودولي

الإجابة: φ(250) = 100

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).

العوامل الأولية

250 = 2·53

دالة أويلر φ

φ(250) = φ(125)·φ(2) = 100·1 = 100

الإجابة

φ(250) = 100
8.نظرية الأعداد والحساب المودولي

الإجابة: d = 37

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 = 5·41 = 205
φ(n) = 4·40 = 160

خوارزمية إقليدس الموسّعة

r = 160, t = 0
r = 13, q = 12, t = 1
r = 4, q = 3, t = −12
r = 1, q = 4, t = 37

الأس الخاص

d = 37
تحقّق: 13·37 = 481 = 3·160 + 1

الإجابة

d = 37
9.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: B · O(d(n + k))

لماذا هذه هي الإجابة

كل مرور من المرورات d فرز بالعدّ كلفته O(n + k)، فيكون المجموع خطيًا في n عندما تكون d وk ثابتتين.

الإجابة

B · O(d(n + k))
10.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: D · أن تختزل مسألة NP-صعبة معروفة إلى X في زمن كثير حدود

لماذا هذه هي الإجابة

إذا أمكن تحويل مسألة صعبة معروفة إلى X بكفاءة، فإن خوارزمية سريعة لـ X ستحل المسألة المعروفة أيضًا.

الإجابة

D · أن تختزل مسألة NP-صعبة معروفة إلى X في زمن كثير حدود
11.هياكل البيانات

الإجابة: A · 2i + 1 و 2i + 2

لماذا هذه هي الإجابة

في المصفوفات المفهرسة من 0 يقع الابن الأيسر في 2i + 1، والأيمن في 2i + 2، والأب في ⌊(i − 1)/2⌋.

الإجابة

A · 2i + 1 و 2i + 2
12.هياكل البيانات

الإجابة: D · O(log n)

لماذا هذه هي الإجابة

بعد إنقاص المفتاح يصعد العنصر بما لا يتجاوز ارتفاع الكومة. تحقق كومات فيبوناتشي decrease-key في O(1) مستهلك.

الإجابة

D · O(log n)
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

20 − 1 = 19

الحواف المراد حذفها

k = 30 − 19 = 11

الإجابة

k = 11
14.نظرية البيانات

الإجابة: W = 22

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.

خوارزمية كروسكال

DE (1): خذ
DF (2): خذ
EF (3): تخطَّ، تُغلق دورة
BC (4): خذ
CE (7): خذ
AB (8): خذ

الوزن الكلي

W = 1 + 2 + 4 + 7 + 8 = 22

الإجابة

W = 22
15.قواعد البيانات و SQL

الإجابة: C · يحتوي كل عمود على قيم ذرية وألا توجد مجموعات متكررة

لماذا هذه هي الإجابة

تتطلب 1NF قيمًا ذرية في كل خلية وتعريفًا فريدًا للصفوف، دون مجموعات متكررة.

الإجابة

C · يحتوي كل عمود على قيم ذرية وألا توجد مجموعات متكررة
16.قواعد البيانات و SQL

الإجابة: C · جداول تنفيذ قابلة للتسلسل من حيث التعارض (conflict-serializable)

لماذا هذه هي الإجابة

يضمن 2PL قابلية التسلسل، لكن الجمود (deadlocks) يظل ممكنًا ويجب اكتشافه أو منعه.

الإجابة

C · جداول تنفيذ قابلة للتسلسل من حيث التعارض (conflict-serializable)
17.شبكات الحاسوب

الإجابة: D · ICMP

لماذا هذه هي الإجابة

يرسل ping طلبات صدى ICMP (echo request) ويقيس الوقت حتى عودة ردود الصدى (echo reply).

الإجابة

D · ICMP
18.شبكات الحاسوب

الإجابة: A · للردود الأكبر من أن يحملها UDP ولعمليات نقل المناطق

لماذا هذه هي الإجابة

إذا اقتُطع رد UDP يعيد المحلِّل المحاولة عبر TCP. كما تستخدم عمليات نقل المناطق بين خوادم الأسماء TCP لأنها تحمل بيانات كثيرة.

الإجابة

A · للردود الأكبر من أن يحملها UDP ولعمليات نقل المناطق
19.تقسيم شبكات IPv4

الإجابة: p = 23

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

28 − 2 = 254 < 368
29 − 2 = 510 ≥ 368 → h = 9

طول البادئة

p = 32 − 9 = 23

الإجابة

p = /23
20.تقسيم شبكات IPv4

الإجابة: p = 20

تلخيص المسارات: المسار التلخيصي a.b.c.0/p يغطّي كل الشبكات التي تتطابق بتاتها الأولى p. اكتب الثُمانية المختلفة للشبكة الأولى والأخيرة بالنظام الثنائي؛ عدد البتات الأولى المشتركة، زائد بتات الثُمانيات التي قبلها، هو أطول بادئة تلخيصية.

قارن البتات

179 = 10110011
186 = 10111010
البتات الأولى المشتركة: 4

طول البادئة

p = 16 + 4 = 20

الإجابة

p = /20

المسار التلخيصي: 10.222.176.0/20 (وهو يغطّي أيضًا 8 شبكة (شبكات) ليست في القائمة).

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