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

في مصفوفة مرتبة تبحث عن عنصرين مجموعهما يساوي هدفًا بتحريك مؤشر من كل طرف نحو الداخل. ما التعقيد الزمني؟

  1. AO(n)
  2. BO(log n)
  3. CO(n²)
  4. DO(n log n)
2.الخوارزميات والتعقيدصعبة

لماذا قد تعطي خوارزمية Dijkstra نتائج خاطئة حين تكون بعض أوزان الحواف سالبة؟

  1. Aلأنها لا تعمل إلا على الرسوم البيانية غير الموجهة
  2. Bلأنها تدخل في حلقة لا نهائية عند كل حافة سالبة
  3. Cلأن الرأس يُثبَّت نهائيًا عند استخراجه، لكن حافة سالبة لاحقة قد تعطيه مسارًا أقصر
  4. Dلأن الأعداد السالبة لا يمكن تخزينها في طابور أولويات
3.هياكل البياناتمتوسطة

ما ارتفاع شجرة البحث الثنائية ذات n عقدة في أسوأ الحالات إذا أُدرجت المفاتيح بترتيب تصاعدي؟

  1. A1
  2. B√n
  3. Clog₂ n
  4. Dn (تصبح الشجرة قائمة مترابطة)
4.هياكل البياناتصعبة

ما الميزة الرئيسية لقائمة التخطي (skip list) مقارنةً بقائمة مترابطة مرتبة؟

  1. Aبحث مضمون في O(1) لأن كل عقدة تخزّن مؤشرًا إلى كل عقدة أخرى
  2. Bبحث متوقع في O(log n) باستخدام عدة مستويات من المؤشرات الأمامية
  3. Cتخزّن المفاتيح دون ترتيب
  4. Dلا تستخدم ذاكرة إضافية
5.نظرية البياناتمتوسطة
ABCDEFدارة أويلرمسار أويلر دون دارةلا هذه ولا تلك

هل للبيان المتصل دارة أويلر، أم مسار أويلر ليس دارة، أم لا هذه ولا تلك؟ انقر على إجابتك.

|V| = 6|E| = 8
  1. 1دارة أويلر
  2. 2مسار أويلر دون دارة
  3. 3لا هذه ولا تلك
6.نظرية البياناتصعبة
1661242010275ABCDEFG

جد الوزن الكلي W لشجرة ممتدة دنيا في البيان الموزون.

|V| = 7|E| = 9
W =

3المحاليل

1.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: A · O(n)

لماذا هذه هي الإجابة

إذا كان المجموع صغيرًا جدًا يتحرك المؤشر الأيسر يمينًا، وإذا كان كبيرًا جدًا يتحرك المؤشر الأيمن يسارًا، فيكون هناك n خطوة على الأكثر.

الإجابة

A · O(n)
2.الخوارزميات والتعقيد

الإجابة: C · لأن الرأس يُثبَّت نهائيًا عند استخراجه، لكن حافة سالبة لاحقة قد تعطيه مسارًا أقصر

لماذا هذه هي الإجابة

تعتمد الخطوة الجشعة على أوزان غير سالبة لكي تكون المسافات المستخرجة نهائية، وتُستخدم Bellman–Ford حين قد تكون الأوزان سالبة.

الإجابة

C · لأن الرأس يُثبَّت نهائيًا عند استخراجه، لكن حافة سالبة لاحقة قد تعطيه مسارًا أقصر
3.هياكل البيانات

الإجابة: D · n (تصبح الشجرة قائمة مترابطة)

لماذا هذه هي الإجابة

يُنتج الإدراج المرتب شجرة منحلّة ارتفاعها n، فيصبح البحث O(n). الأشجار المتوازنة تمنع ذلك.

الإجابة

D · n (تصبح الشجرة قائمة مترابطة)
4.هياكل البيانات

الإجابة: B · بحث متوقع في O(log n) باستخدام عدة مستويات من المؤشرات الأمامية

لماذا هذه هي الإجابة

تتيح المستويات العشوائية للبحث تخطي عقد كثيرة، مما يعطي زمنًا متوقعًا قدره O(log n) للبحث والإدراج والحذف.

الإجابة

B · بحث متوقع في O(log n) باستخدام عدة مستويات من المؤشرات الأمامية
5.نظرية البيانات

الإجابة: لا هذه ولا تلك

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.

الدرجات

deg(A) = 1, deg(B) = 3, deg(C) = 3, deg(D) = 3, deg(E) = 4, deg(F) = 2

الرؤوس الفردية

A, B, C, D → 4
لا هذه ولا تلك

الإجابة

لا هذه ولا تلك
6.نظرية البيانات

الإجابة: W = 49

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

GB (2): خذ
BD (4): خذ
GD (5): تخطَّ، تُغلق دورة
AC (6): خذ
GC (7): خذ
EF (10): خذ
BC (12): تخطَّ، تُغلق دورة
AB (16): تخطَّ، تُغلق دورة
DF (20): خذ

الوزن الكلي

W = 2 + 4 + 6 + 7 + 10 + 20 = 49

الإجابة

W = 49

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