Grundlagen der Informatik: Lernpaket

Formelsammlungen, die wichtigsten Lösungsschritte zu jedem Thema und 20 Übungsaufgaben, mit vollständigen Lösungen am Ende.

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1Formeln und Methoden

Zahlensysteme

Stellenwerte
binär 2k, oktal 8k, hex 16k
Ins Dezimalsystem
Σ dk·bk
Aus dem Dezimalsystem
durch die Basis teilen, die Reste von unten nach oben lesen
Hex ↔ binär
eine Hex-Ziffer = 4 Bits
Zweierkomplement
die Bits invertieren und 1 addieren

Aussagenlogik & Beweise

Zeilen einer Wahrheitstafel
2ⁿ
Implikation
p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
Negierte Implikation
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
Äquivalenz (Bikonditional)
p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
De Morgan
¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
Distributivgesetze
p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
Negierte Quantoren
¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
Modus ponens, Modus tollens
p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

Methode

  1. Zähle die verschiedenen Variablen: Die Wahrheitstafel hat 2ⁿ Zeilen und beginnt mit lauter Einsen.
  2. Gib jeder Teilformel eine eigene Spalte und fülle die Spalten von innen nach außen.
  3. Wende die Regel jedes Junktors an: → ist nur bei 1 → 0 gleich 0, ↔ ist 1, wenn beide Seiten übereinstimmen.
  4. Vergleiche bei Äquivalenzen die letzten Spalten Zeile für Zeile; schau bei einem Argument nur auf die Zeilen, in denen alle Prämissen 1 sind.
  5. Um eine quantifizierte Aussage zu negieren, ziehe ¬ nach innen, vertausche ∀ und ∃ und negiere die innere Formel.

Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Grundgatter
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Boolesche Regeln
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Reihenfolge im Karnaugh-Diagramm
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Gruppe aus 2ᵏ Feldern
verliert k Variablen
4-zu-1-Multiplexer
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flipflops
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Zähler
n Bit: 2ⁿ Zustände; Mod-N: kleinstes n mit 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Asynchronzähler
fmax = 1/(n·tpd)
Ring- und Johnson-Zähler
n und 2n Zustände

Methode

  1. Gehe bei einer Schaltung von den Eingängen zum Ausgang vor, ein Gatter nach dem anderen, und schreibe den Wert an jede Leitung, oder schreibe ihren Ausdruck auf und fülle die Wahrheitstabelle aus.
  2. Trage zum Vereinfachen die Einsen (und die Don’t-Cares als X) in ein Karnaugh-Diagramm mit Zeilen und Spalten im Gray-Code ein: 00, 01, 11, 10.
  3. Decke die Einsen mit möglichst wenigen und möglichst großen Gruppen aus 1, 2, 4, 8 oder 16 Feldern ab, auch über den Rand hinweg; jede Gruppe ist ein Produktterm aus den Variablen, die konstant bleiben. Fasse für die POS-Form die Nullen zusammen.
  4. Lies bei Flipflops und Zählern die Eingänge an jeder aktiven Taktflanke ab, schreibe den Zustand nach jeder Flanke auf und denke daran, dass ein n-Bit-Zähler nach 2ⁿ Zuständen überläuft.

Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Division mit Rest
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Euklid
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Kleinstes gemeinsames Vielfaches
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Inverse
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Lineare Kongruenz
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Eulersche φ-Funktion
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
Fermat
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

Methode

  1. Reduziere zuerst jede Zahl modulo n; die Reste liegen zwischen 0 und n − 1.
  2. Teile für einen ggT wiederholt mit dem euklidischen Algorithmus; der letzte Rest ungleich null ist der ggT.
  3. Führe für ein Inverses den erweiterten Algorithmus aus und behalte den Koeffizienten von a; addiere n, falls er negativ ist.
  4. Löse a·x ≡ b, indem du mit a⁻¹ multiplizierst; kombiniere zwei Kongruenzen, indem du x = r₁ + m₁k schreibst.
  5. Schreibe bei Potenzen den Exponenten binär und quadriere wiederholt; bei RSA gilt d = e⁻¹ mod φ(n) mit φ(n) = (p − 1)(q − 1).

Graphentheorie

Handschlaglemma
Σ deg(v) = 2|E|
Vollständige Graphen
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Regulärer Graph
|E| = n·k/2
Baum und Wald
|E| = n − 1, |E| = n − c
Blätter eines Baums
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
Kreis: alle Grade gerade; Weg: genau 2 ungerade Grade
Hamilton-Kreise in Kn
(n − 1)!/2
Dijkstra-Aktualisierung
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Wege der Länge L
(Mᴸ)ij

Methode

  1. Schreibe den Grad jedes Knotens auf; die Grade summieren sich zum Doppelten der Kantenzahl.
  2. Prüfe bei Euler-Aufgaben, ob der Graph zusammenhängend ist, und zähle die Knoten mit ungeradem Grad.
  3. Verwende bei Bäumen n − 1 Kanten und das Handschlaglemma.
  4. Führe bei Dijkstra eine Tabelle der vorläufigen Abstände und schließe in jeder Runde den kleinsten noch offenen Knoten ab.
  5. Sortiere für einen minimalen aufspannenden Baum die Kanten nach Gewicht und überspringe jede Kante, die einen Kreis schließt (Kruskal), oder lass einen Baum von einem Startknoten aus wachsen (Prim).

IPv4-Subnetting

Hosts pro Subnetz
2(32 − prefix) − 2 (/31: 2, /32: 1)
Blockgröße
256 − (mask octet)
Netzadresse
IP AND Maske
Broadcast-Adresse
IP OR (NOT Maske): alle Host-Bits auf 1
Subnetze aus n geliehenen Bits
2n

2Übungsaufgaben

1.ZahlensystemeMittel
8-Bit-Zweierkomplement0−12806403201608040201

Setze die Bits so, dass sie −106 im 8-Bit-Zweierkomplement speichern. Welchen Wert U hat das Muster, wenn man es als vorzeichenlose Zahl liest?

N = −1068 bit
U =
2.ZahlensystemeSchwer
32-Bit-Zweierkomplement, N = ??Vorzeichen???????????????????????????????

Was ist die kleinste (negativste) ganze Zahl N, die im 32-Bit-Zweierkomplement gespeichert werden kann?

32 bit
N =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
¬b → ¬(a ∧ c)b → (a ∧ c)¬(a ∧ c) → ¬b(a ∧ c) ∧ ¬b

Du willst (a ∧ c) → b durch Kontraposition beweisen. Welche Implikation beweist du stattdessen? Klicke sie an.

(a ∧ c) → b
  1. 1¬b → ¬(a ∧ c)
  2. 2b → (a ∧ c)
  3. 3¬(a ∧ c) → ¬b
  4. 4(a ∧ c) ∧ ¬b
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
c → b¬c → ¬bc ∧ bb → c

Die Prämissen c → a; a → b sind gegeben. Welche Konklusion folgt daraus? Klicke sie an.

c → aa → b
  1. 1c → b
  2. 2¬c → ¬b
  3. 3c ∧ b
  4. 4b → c
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABC000111100101324576

Vereinfache F = A′BC + A′BC′ + A′B′ zur minimalen Summe von Produkten. Wie viele Literale L enthält der vereinfachte Ausdruck?

F = A′BC + A′BC′ + A′B′
L =
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKSHIFT

Ein 4-Bit-Schieberegister Q₃Q₂Q₁Q₀ enthält 0011. Bei jeder Taktflanke werden die Bits um eine Stelle nach rechts geschoben (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀, Q₀ geht verloren), und der serielle Eingang gelangt in Q₃. Der serielle Eingang ist 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1 an den 7 Flanken. Gib den Endzustand Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ als Dezimalzahl an.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00111, 0, 0, 0, 0, 1, 1
Q =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme das Inverse von 16 modulo 31: die Zahl x mit 0 < x < 31 und 16·x ≡ 1 (mod 31).

a = 16n = 31
16−1 mod 31 =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer
699c = me​ mod n?m = cd​ mod nm(n, e) = (1247, 19)d

Verschlüssele die Nachricht m = 699 mit dem öffentlichen RSA-Schlüssel (n, e) = (1247, 19). Bestimme den Geheimtext c.

n = 1247e = 19m = 699
c =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Was misst die amortisierte Analyse?

  1. ADie durchschnittlichen Kosten pro Operation über eine Worst-Case-Folge von Operationen
  2. BDie Kosten der einzelnen teuersten Operation irgendwo in der Folge
  3. CDie Kosten eines Algorithmus bei der besten Eingabe
  4. DDie erwarteten Kosten über zufällige Eingaben
10.Algorithmen & KomplexitätSchwer

Warum kann der Dijkstra-Algorithmus falsche Ergebnisse liefern, wenn einige Kantengewichte negativ sind?

  1. AEin Knoten wird beim Entnehmen endgültig festgelegt, aber eine spätere negative Kante könnte ihm noch einen kürzeren Weg geben
  2. BNegative Zahlen können nicht in einer Prioritätswarteschlange gespeichert werden
  3. CEr funktioniert nur auf ungerichteten Graphen
  4. DEr gerät bei jeder negativen Kante in eine Endlosschleife
11.DatenstrukturenMittel

Eine In-Order-Traversierung eines binären Suchbaums besucht die Schlüssel in:

  1. AEinfügereihenfolge
  2. BAufsteigend sortierter Reihenfolge
  3. CImmer absteigender Reihenfolge
  4. DEbenenweiser Reihenfolge (Level-Order)
12.DatenstrukturenSchwer

Die Union-Find-Struktur (Disjoint Set) mit Union by Rank und Pfadkompression hat amortisierte Kosten pro Operation von:

  1. AO(n²)
  2. BO(α(n)), der inversen Ackermann-Funktion, die praktisch konstant ist
  3. CGenau O(log n)
  4. DO(n)
13.GraphentheorieMittel

Ein Baum hat 2 Knoten vom Grad 3, 4 Knoten vom Grad 4, 2 Knoten vom Grad 5, 3 Knoten vom Grad 2, und alle seine anderen Knoten sind Blätter (Grad 1). Wie viele Blätter L hat er?

2 × deg 34 × deg 42 × deg 53 × deg 2
L =
14.GraphentheorieSchwer
52449111476ABCDEFG

Bestimme mit dem Dijkstra-Algorithmus die Länge d(F) des kürzesten Weges von A nach F im gewichteten Graphen.

Start: AZiel: F
d(F) =
15.Datenbanken & SQLMittel

Wofür steht das „A“ in ACID?

  1. AAvailability (Verfügbarkeit)
  2. BAggregation (Aggregation)
  3. CAccuracy (Genauigkeit)
  4. DAtomicity (Atomarität)
16.Datenbanken & SQLSchwer

Warum gilt NATURAL JOIN in Produktionsabfragen als riskant?

  1. AEr ignoriert Primär- und Fremdschlüssel und behält nur NULL-Zeilen
  2. BEr wird von keiner Datenbank unterstützt
  3. CEr verbindet über jede gleichnamige Spalte, sodass eine neue Spalte das Ergebnis unbemerkt verändern kann
  4. DEr liefert immer ein kartesisches Produkt
17.RechnernetzeMittel

Welche Metrik nutzt RIP zur Wahl von Routen?

  1. ABandbreite der Verbindung
  2. BGeschäftliche Richtlinien
  3. CGemessene Verzögerung
  4. DHop-Anzahl
18.RechnernetzeSchwer

Die „Slow Start“-Phase der TCP-Überlastkontrolle:

  1. AHält das Fenster fest bei einem Segment
  2. BHalbiert das Überlastfenster mit jeder Round Trip, bis ein Paketverlust erkannt wird
  3. CVergrößert das Überlastfenster exponentiell bis zu einem Schwellenwert oder einem Verlust
  4. DWird nur von UDP verwendet
19.IPv4-SubnettingMittel
/24 → /2711111111111111111111111111100000NetzbitsHostbits

Das Netz 192.168.10.0/24 soll in mindestens 6 gleich große Subnetze aufgeteilt werden. Wenn du so wenige Bits wie möglich leihst, wie viele nutzbare Hosts H hat jedes Subnetz?

192.168.10.0/246 subnets
H =
20.IPv4-SubnettingSchwer

Das Netz 192.168.86.0/24 wird mit VLSM für diese LANs aufgeteilt: A: 5 Hosts, B: 7 Hosts, C: 28 Hosts, D: 16 Hosts, E: 6 Hosts. Die Subnetze werden ab .0 aufwärts vergeben, das LAN mit den meisten Hosts zuerst, jedes mit dem kleinsten passenden Subnetz. Wie lautet das vierte Oktett x der Netzadresse von LAN E?

A: 5B: 7C: 28D: 16E: 6
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: U = 150

Bits setzen: Jedes Bit hat den Wert einer Zweierpotenz (128, 64, …, 1). Eine Hexadezimalziffer entspricht genau vier Bits, und im 8-Bit-Zweierkomplement hat das linke Bit den Wert −128. Bitweise Operationen wirken auf jede Bitposition einzeln.

Invertieren und eins addieren

106 = 0110 1010
invertiert: 1001 0101
+1 → 1001 0110

Vorzeichenlos lesen

1001 0110₂ = 256 − 106 = 150

Antwort

U = 150
2.Zahlensysteme

Antwort: N = −2,147 × 10⁹

Stellenwertsysteme: Jede Ziffer ist ihren Wert mal eine Potenz der Basis wert. Im Binärsystem sind die Stellen 1, 2, 4, 8, 16, … wert, im Hexadezimalsystem 1, 16, 256, …, wobei A–F für 10–15 stehen. Im 8-Bit-Zweierkomplement ist das linke Bit −128 statt +128 wert; so werden negative Zahlen gespeichert.

Negativster Wert

−231 = −2147483648

Antwort

N = −2147483648
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ¬b → ¬(a ∧ c)

Logische Äquivalenz: Zwei Formeln sind äquivalent (≡), wenn sie in jeder Zeile der Wahrheitstafel denselben Wert haben. Eine Tautologie ist in jeder Zeile 1, eine Kontradiktion in jeder Zeile 0, und eine Kontingenz ist keines von beiden. Nützliche Gesetze: De Morgan, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b und ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (Kontraposition); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; und die Distributivgesetze, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).

Teile der Implikation

a = a ∧ c, b = b

Kontraposition

¬b → ¬a = ¬b → ¬(a ∧ c)

Antwort

¬b → ¬(a ∧ c)

Die Kontraposition ist äquivalent zur ursprünglichen Aussage, ihr Beweis beweist also die Aussage.

4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: c → b

Quantoren und Argumente: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) und ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Ziehe eine Negation nach innen, vertausche jeden Quantor, den sie passiert, und negiere die innere Formel mit den aussagenlogischen Gesetzen, etwa ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Ein Argument ist gültig, wenn die Konklusion in jeder Zeile 1 ist, in der alle Prämissen 1 sind. Eine einzige Zeile mit wahren Prämissen und falscher Konklusion ist ein Gegenbeispiel und zeigt, dass das Argument ungültig ist.

Zeilen, in denen alle Prämissen wahr sind

a = 1, b = 1, c = 1: c → b = 1, ¬c → ¬b = 1, c ∧ b = 1, b → c = 1
a = 1, b = 1, c = 0: c → b = 1, ¬c → ¬b = 0, c ∧ b = 0, b → c = 0
a = 0, b = 1, c = 0: c → b = 1, ¬c → ¬b = 0, c ∧ b = 0, b → c = 0
a = 0, b = 0, c = 0: c → b = 1, ¬c → ¬b = 1, c ∧ b = 0, b → c = 1

Schlussfolgerung

c → b (hypothetischer Syllogismus)

Antwort

c → b
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: L = 1

Boolesche Algebra: Die Regeln, die Ausdrücke vereinfachen, sind X + X′ = 1 und X·X′ = 0, X + X = X, die Absorption X + X·Y = X, die Zusammenfassungsregel X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y und das Konsensus-Theorem XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. Die De-Morganschen Gesetze machen aus (X·Y)′ den Ausdruck X′ + Y′ und aus (X + Y)′ den Ausdruck X′·Y′. Ein Karnaugh-Diagramm wendet diese Regeln grafisch an: Jede Gruppe aus zwei benachbarten Feldern ist eine Anwendung von XY + XY′ = X.

Minterme des Ausdrucks

A′BC → m(3)
A′BC′ → m(2)
A′B′ → m(0, 1)
ABC00011110011011131204050706

Gruppieren und ablesen

F = A′

Die Literale zählen

L = 1

Antwort

L = 1
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: Q = 12

Flipflops und Zähler: Ein Flipflop ändert sich nur bei der aktiven Taktflanke. D übernimmt seinen Eingang (Q⁺ = D); T kippt bei T = 1; JK hält bei 00, setzt bei 01 zurück, setzt bei 10 und kippt bei 11. Ein n-Bit-Binärzähler hat 2ⁿ Zustände und zählt modulo 2ⁿ; ein Mod-N-Zähler läuft 0, 1, …, N − 1 und wieder auf 0 und braucht die kleinste Anzahl n von Flipflops mit 2ⁿ ≥ N. Jede Stufe eines Asynchronzählers halbiert die Frequenz, daher läuft der letzte Ausgang eines Mod-N-Zählers mit fclk/N. Ein Johnson-Zähler aus n Flipflops hat 2n Zustände, ein Ringzähler n.

Zustand nach jeder Flanke

0011 → 1001 → 0100 → 0010 → 0001 → 0000 → 1000 → 1100

Dezimalwert

1100₂ = 12

Antwort

Q = 12
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 16−1 mod 31 = 2

Inverse und Kongruenzen: a hat genau dann ein Inverses modulo n, wenn ggT(a, n) = 1. Der erweiterte euklidische Algorithmus schreibt 1 = s·n + t·a, und dann ist a⁻¹ ≡ t (mod n). Eine Kongruenz a·x ≡ b (mod n) mit ggT(a, n) = 1 hat die Lösung x ≡ a⁻¹·b. Zwei Kongruenzen x ≡ r₁ (mod m₁) und x ≡ r₂ (mod m₂) mit teilerfremden Moduln haben eine Lösung modulo m₁·m₂ (chinesischer Restsatz). Eulers φ(n) zählt die Zahlen von 1 bis n, die zu n teilerfremd sind: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

Erweiterter euklidischer Algorithmus

Jeder Rest r wird als r ≡ t·16 (mod 31) geschrieben.

r = 31, t = 0
r = 16, q = 1, t = 1
r = 15, q = 1, t = −1
r = 1, q = 15, t = 2

Inverse

1 ≡ 2·16 (mod 31)
x = 2
Probe: 16·2 = 32 = 1·31 + 1

Antwort

16−1 mod 31 = 2
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: c = 1091

Modulare Potenzen und RSA: Berechne aᵏ mod n durch wiederholtes Quadrieren: Schreibe k binär, quadriere, reduziere nach jedem Schritt und multipliziere die Potenzen, deren Bit 1 ist. Fermat: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) für eine Primzahl p, die a nicht teilt, der Exponent lässt sich also modulo p − 1 reduzieren. RSA: Wähle Primzahlen p und q, n = p·q und φ(n) = (p − 1)(q − 1); der öffentliche Exponent e ist teilerfremd zu φ(n), und der private Exponent ist d = e⁻¹ mod φ(n). Verschlüssele mit c = mᵉ mod n und entschlüssele mit m = cᵈ mod n.

Wiederholtes Quadrieren

19 = 16 + 2 + 1
6991 ≡ 699 (mod 1247)
6992 ≡ 1024 (mod 1247)
6994 ≡ 1096 (mod 1247)
6998 ≡ 355 (mod 1247)
69916 ≡ 78 (mod 1247)
69919 ≡ 699·1024·78 ≡ 1091 (mod 1247)

Geheimtext

c = 1091

Antwort

c = 1091
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: A · Die durchschnittlichen Kosten pro Operation über eine Worst-Case-Folge von Operationen

Warum das die Antwort ist

Die amortisierte Analyse verteilt die Kosten seltener teurer Operationen auf viele billige und liefert so einen garantierten Durchschnitt für jede Folge.

Antwort

A · Die durchschnittlichen Kosten pro Operation über eine Worst-Case-Folge von Operationen
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: A · Ein Knoten wird beim Entnehmen endgültig festgelegt, aber eine spätere negative Kante könnte ihm noch einen kürzeren Weg geben

Warum das die Antwort ist

Der Greedy-Schritt beruht auf nichtnegativen Gewichten, damit entnommene Distanzen endgültig sind; bei möglicherweise negativen Gewichten verwendet man Bellman-Ford.

Antwort

A · Ein Knoten wird beim Entnehmen endgültig festgelegt, aber eine spätere negative Kante könnte ihm noch einen kürzeren Weg geben
11.Datenstrukturen

Antwort: B · Aufsteigend sortierter Reihenfolge

Warum das die Antwort ist

Wird erst der linke Teilbaum, dann der Knoten und dann der rechte Teilbaum besucht, werden die BST-Schlüssel sortiert ausgegeben.

Antwort

B · Aufsteigend sortierter Reihenfolge
12.Datenstrukturen

Antwort: B · O(α(n)), der inversen Ackermann-Funktion, die praktisch konstant ist

Warum das die Antwort ist

Mit beiden Optimierungen benötigen Operationen amortisiert O(α(n)) Zeit; α(n) ≤ 4 für jedes realistische n.

Antwort

B · O(α(n)), der inversen Ackermann-Funktion, die praktisch konstant ist
13.Graphentheorie

Antwort: L = 18

Euler, Hamilton und Bäume: Ein zusammenhängender Graph hat einen Euler-Kreis (jede Kante einmal, zurück zum Start), wenn jeder Knoten geraden Grad hat, und einen Euler-Weg, der kein Kreis ist, wenn genau zwei Knoten ungeraden Grad haben; der Weg verläuft dann von einem ungeraden Knoten zum anderen. Ein Hamilton-Kreis besucht jeden Knoten einmal; Kn hat (n − 1)!/2 davon. Ein Baum mit n Knoten hat n − 1 Kanten, und ein zusammenhängender Graph mit m Kanten behält einen aufspannenden Baum, wenn man m − n + 1 Kanten entfernt.

Handschlaglemma für einen Baum

L + 38 = 2(L + 11) − 2
L = 18

Antwort

L = 18

Abkürzung: L = 2 + Σ (d − 2) über die Knoten mit Grad d ≥ 3.

14.Graphentheorie

Antwort: d(F) = 22

Kürzeste Wege und aufspannende Bäume: Der Dijkstra-Algorithmus schließt in jeder Runde einen Knoten ab: den offenen Knoten mit dem kleinsten vorläufigen Abstand. Sein Abstand ist dann endgültig, und jeder Nachbar v erhält d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Der Kruskal-Algorithmus baut einen minimalen aufspannenden Baum auf, indem er die Kanten von leicht nach schwer nimmt und jede Kante überspringt, die einen Kreis schließen würde; der Prim-Algorithmus lässt einen Baum von einem Startknoten aus wachsen, indem er immer die leichteste Kante hinzufügt, die aus ihm herausführt. Ein aufspannender Baum mit n Knoten hat n − 1 Kanten.

Dijkstra Runde für Runde

Jede Zeile: der abgeschlossene Knoten, sein endgültiger Abstand und die Nachbarn, deren Abstand sich verbessert.

A (0): C: 5
C (5): B: 7, E: 9, G: 12
B (7): D: 11
E (9): F: 23
D (11): F: 22
G (12)
F (22)

Kürzester Weg

A → C → B → D → F
d(F) = 22

Antwort

d(F) = 22
15.Datenbanken & SQL

Antwort: D · Atomicity (Atomarität)

Warum das die Antwort ist

ACID: Atomarität, Konsistenz, Isolation, Dauerhaftigkeit. Atomarität bedeutet, dass eine Transaktion vollständig oder gar nicht ausgeführt wird.

Antwort

D · Atomicity (Atomarität)
16.Datenbanken & SQL

Antwort: C · Er verbindet über jede gleichnamige Spalte, sodass eine neue Spalte das Ergebnis unbemerkt verändern kann

Warum das die Antwort ist

Ein Natural Join verbindet alle gleichnamigen Spalten, zum Beispiel ein nicht zusammengehöriges "name" oder "created_at"; eine explizite ON- oder USING-Klausel ist sicherer.

Antwort

C · Er verbindet über jede gleichnamige Spalte, sodass eine neue Spalte das Ergebnis unbemerkt verändern kann
17.Rechnernetze

Antwort: D · Hop-Anzahl

Warum das die Antwort ist

RIP ist ein Distanzvektorprotokoll, das Hops zählt, wobei 16 „unerreichbar“ bedeutet. Das beschränkt es auf kleine Netzwerke.

Antwort

D · Hop-Anzahl
18.Rechnernetze

Antwort: C · Vergrößert das Überlastfenster exponentiell bis zu einem Schwellenwert oder einem Verlust

Warum das die Antwort ist

Slow Start vergrößert das Überlastfenster exponentiell; nach dem Schwellenwert wächst es bei der Überlastvermeidung (Congestion Avoidance) linear, und ein Verlust verkleinert es.

Antwort

C · Vergrößert das Überlastfenster exponentiell bis zu einem Schwellenwert oder einem Verlust
19.IPv4-Subnetting

Antwort: H = 30

IPv4-Subnetting: Eine Adresse hat 32 Bits. Das Präfix /p gibt an, wie viele führende Bits das Netz bezeichnen; die übrigen 32 − p Bits nummerieren die Hosts. Ein Subnetz hat 2³²⁻ᵖ Adressen, aber die erste (Netzadresse) und die letzte (Broadcast-Adresse) können keinem Host gegeben werden, also passen 2³²⁻ᵖ − 2 Hosts hinein. Ausnahmen: Ein /31 (Punkt-zu-Punkt-Verbindung, RFC 3021) nutzt beide seiner 2 Adressen für Hosts, und ein /32 ist eine einzelne Adresse (ein einzelner Host oder ein Loopback).

Zu leihende Bits

23 = 8 ≥ 6 → b = 3, /27

Hosts pro Subnetz

25 − 2 = 30

Antwort

H = 30
20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 80

VLSM: Jedes LAN erhält das kleinste Subnetz mit 2ʰ − 2 ≥ seiner Hostzahl, also das Präfix 32 − h. Vergibt man die größten Subnetze zuerst, liegt jeder Block auf einem Vielfachen seiner eigenen Größe, und die Netzadressen ergeben sich durch Addieren der Blockgrößen.

Blockgröße pro LAN

C: 28 Hosts → 25 = 32 (/27)
D: 16 Hosts → 25 = 32 (/27)
B: 7 Hosts → 24 = 16 (/28)
E: 6 Hosts → 23 = 8 (/29)
A: 5 Hosts → 23 = 8 (/29)

Vergabe, größte zuerst

C: .0 – .31
D: .32 – .63
B: .64 – .79
E: .80 – .87
A: .88 – .95

Antwort

x = 80

LAN E: 192.168.86.80/29.

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