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

التعقيد الزمني لحساب فيبوناتشي العودي الساذج (fib(n) = fib(n−1) + fib(n−2)) هو:

  1. Aثابت
  2. Bلوغاريتمي
  3. Cأسّي
  4. Dخطي
2.الخوارزميات والتعقيدصعبة

ما الفرق بين مسألة غير قابلة للحسم ومسألة غير قابلة للمعالجة؟

  1. Aالمسائل غير القابلة للحسم في NP، والمسائل غير القابلة للمعالجة في P
  2. Bالمسائل غير القابلة للمعالجة لا تحلها أي خوارزمية، أما غير القابلة للحسم فتحتاج فقط إلى زمن أسّي
  3. Cالمسألة غير القابلة للحسم لا توجد خوارزمية تحلها على كل المدخلات؛ أما غير القابلة للمعالجة فلها خوارزمية لكنها بطيئة جدًا
  4. Dكلاهما يعني أن المسألة ليس لها خوارزمية إطلاقًا
3.هياكل البياناتمتوسطة

ما كلفة إدراج عنصر في منتصف مصفوفة من n عنصر؟

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

لكي يعمل جدول التجزئة بشكل صحيح، أي قاعدة يجب أن تتبعها التجزئة والمساواة؟

  1. Aتساوي قيم التجزئة يستلزم تساوي المفاتيح
  2. Bيجب أن تكون للمفاتيح المختلفة قيم تجزئة مختلفة
  3. Cيجب أن تكون للمفاتيح المتساوية قيم تجزئة متساوية
  4. Dيجب أن تكون قيم التجزئة أعدادًا أولية
5.نظرية البياناتمتوسطة

كم دارة هاملتون مختلفة H للبيان التام K6؟ الدارات التي تختلف فقط في رأس البداية أو الاتجاه تُعدّ واحدة.

K6
H =
6.نظرية البياناتصعبة
172011193126ABCDEF

جد الوزن الكلي W لشجرة ممتدة دنيا في البيان الموزون.

|V| = 6|E| = 8
W =

3المحاليل

1.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: C · أسّي

لماذا هذه هي الإجابة

تنمو شجرة الاستدعاءات تقريبًا مثل φⁿ (نحو 1,618ⁿ). ويخفّض التذكير (memoisation) التعقيد إلى O(n).

الإجابة

C · أسّي
2.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: C · المسألة غير القابلة للحسم لا توجد خوارزمية تحلها على كل المدخلات؛ أما غير القابلة للمعالجة فلها خوارزمية لكنها بطيئة جدًا

لماذا هذه هي الإجابة

ليس لمسألة التوقف أي خوارزمية إطلاقًا، أما مسألة NP-صعبة مثل TSP فيمكن حلها بالقوة الغاشمة، لكن ليس في زمن كثير حدود معروف.

الإجابة

C · المسألة غير القابلة للحسم لا توجد خوارزمية تحلها على كل المدخلات؛ أما غير القابلة للمعالجة فلها خوارزمية لكنها بطيئة جدًا
3.هياكل البيانات

الإجابة: B · 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

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

الإجابة: C · يجب أن تكون للمفاتيح المتساوية قيم تجزئة متساوية

لماذا هذه هي الإجابة

لو جُزّئ مفتاحان متساويان بقيمتين مختلفتين لخُزّنا في دلوين مختلفين ولفشل البحث، أما المفاتيح غير المتساوية فقد تشترك في التجزئة.

الإجابة

C · يجب أن تكون للمفاتيح المتساوية قيم تجزئة متساوية
5.نظرية البيانات

الإجابة: H = 60

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.

عُدّ

H = (6 − 1)!/2 = 120/2 = 60

الإجابة

H = 60
6.نظرية البيانات

الإجابة: W = 29

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

AB (1): خذ
DE (3): خذ
BE (6): خذ
AC (7): خذ
BD (11): تخطَّ، تُغلق دورة
EF (12): خذ

الوزن الكلي

W = 1 + 3 + 6 + 7 + 12 = 29

الإجابة

W = 29

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