هياكل البيانات والخوارزميات: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و6 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

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).

2مسائل تدريبية

1.الخوارزميات والتعقيدمتوسطة

كم مستوى لعودية الفرز بالدمج لمصفوفة من n عنصر؟

  1. Aنحو log₂ n
  2. Bنحو n / 2
  3. Cنحو √n
  4. Dنحو n
2.الخوارزميات والتعقيدصعبة

أي عبارة عن P و NP صحيحة؟

  1. ANP تعني «ليست كثيرة الحدود» (not polynomial)
  2. Bثبت أن P ≠ NP
  3. Cكل مسألة في P تنتمي أيضًا إلى NP
  4. Dلا يمكن التحقق من حلول مسائل NP بسرعة
3.هياكل البياناتمتوسطة

ما كلفة إدراج عنصر في منتصف مصفوفة من n عنصر؟

  1. AO(n²)، لأن كل عنصر يتحرك n مرة
  2. BO(log n)، بسبب البحث الثنائي
  3. CO(n)، لأن العناصر اللاحقة يجب أن تُزاح
  4. DO(1)، لأن الفهرس معروف
4.هياكل البياناتصعبة

في شجرة البحث الثنائية ذات الجذر 50، والشجرة الفرعية اليسرى 30 (ابناها 20 و40)، واليمنى 70 (ابناها 60 و80)، حُذف الجذر باستخدام تاليه في الترتيب الوسطي. أي مفتاح يصبح الجذر الجديد؟

  1. A40
  2. B70
  3. C80
  4. D60
5.نظرية البياناتمتوسطة

بيان متصل له 19 رؤوس و21 حافة. كم حافة k يجب حذفها لتبقى شجرة ممتدة؟

|V| = 19|E| = 21
k =
6.نظرية البياناتصعبة
ABCDEF

كم مسارًا مغلقًا (closed walk) بطول 2 يبدأ وينتهي عند B؟ يجوز للمسار تكرار الرؤوس والحواف. سمِّ العدد N.

M = مصفوفة التجاورL = 2
N =

3المحاليل

1.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: A · نحو log₂ n

لماذا هذه هي الإجابة

يستغرق التنصيف من n إلى 1 نحو log₂ n مستوى، ويُجري كل مستوى عمل دمج O(n)، فيكون المجموع O(n log n).

الإجابة

A · نحو log₂ n
2.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: C · كل مسألة في P تنتمي أيضًا إلى NP

لماذا هذه هي الإجابة

P ⊆ NP: إذا كنت تستطيع حل مسألة بسرعة فإنك تستطيع التحقق من الحل بسرعة. أما مسألة ما إذا كان P = NP فما زالت مفتوحة.

الإجابة

C · كل مسألة في P تنتمي أيضًا إلى NP
3.هياكل البيانات

الإجابة: C · O(n)، لأن العناصر اللاحقة يجب أن تُزاح

لماذا هذه هي الإجابة

كل العناصر بعد نقطة الإدراج تتحرك موضعًا واحدًا إلى اليمين، وهذا يستغرق وقتًا متناسبًا مع n.

الإجابة

C · O(n)، لأن العناصر اللاحقة يجب أن تُزاح
4.هياكل البيانات

الإجابة: D · 60

لماذا هذه هي الإجابة

العقدة الأقصى يسارًا في الشجرة الفرعية اليمنى هي 60، فتحل محل 50 ويُزال موضعها القديم، واستخدام السابق سيعطي 40.

الإجابة

D · 60
5.نظرية البيانات

الإجابة: k = 3

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

19 − 1 = 18

الحواف المراد حذفها

k = 21 − 18 = 3

الإجابة

k = 3
6.نظرية البيانات

الإجابة: N = 3

الدرجات: درجة الرأس هي عدد الحواف التي تلتقي عنده. لكل حافة طرفان، فتساوي الدرجات مجتمعةً ضعف عدد الحواف: Σ deg(v) = 2|E| (مبرهنة المصافحة). وعدد الرؤوس ذات الدرجة الفردية زوجي إذن. للبيان Kn عدد n(n − 1)/2 حافة، وللبيان k-المنتظم على n رأسًا nk/2، وللشجرة على n رأسًا n − 1 حافة.

مصفوفة التجاور

A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 1 1 0 0
C: 1 1 0 0 1 0
D: 0 1 0 0 1 1
E: 0 0 1 1 0 1
F: 0 0 0 1 1 0

الجيران المشتركون

(M²)BB = 1·1 + 0·0 + 1·1 + 1·1 + 0·0 + 0·0 = 3

الإجابة

N = 3

ExamProblems · examproblems.com/courses/data-structures-and-algorithms