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-Zweierkomplement?−128?64?32?16?8?4?2?1

Schreibe −53 als 8-Bit-Muster im Zweierkomplement. Lies das Muster als vorzeichenlose Binärzahl: Welchen Wert U hat es im Dezimalsystem?

N = −538 bit
U =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 1111 0110 XOR 1011 0111. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

1111 0110XOR1011 0111
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
TautologieKontradiktionKontingenz

Ist ((r ∨ q) ∧ r) → ¬q eine Tautologie, eine Kontradiktion oder eine Kontingenz? Klicke deine Antwort an.

((r ∨ q) ∧ r) → ¬q
  1. 1Tautologie
  2. 2Kontradiktion
  3. 3Kontingenz
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
∀x (A(x) → ¬B(x))∀x (¬A(x) → ¬B(x))∀x (A(x) ∧ ¬B(x))∃x (A(x) ∧ ¬B(x))

Welche Aussage ist äquivalent zu ¬∃x (A(x) → B(x)), wenn die Negation ganz nach innen gezogen ist? Klicke sie an.

¬∃x (A(x) → B(x))
  1. 1∀x (A(x) → ¬B(x))
  2. 2∀x (¬A(x) → ¬B(x))
  3. 3∀x (A(x) ∧ ¬B(x))
  4. 4∃x (A(x) ∧ ¬B(x))
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABCD000111100001111010110312040517161120131150140819011010

Bestimme mit dem Karnaugh-Diagramm das minimale Produkt von Summen (POS) von F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 6, 7, 9, 12, 15). Wie viele Summenterme (Faktoren) N hat es?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 6, 7, 9, 12, 15)
N =
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
ABCD000111100001111010111302X4050706112113115014X809011110

Bestimme die minimale SOP-Form von F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 3, 10, 12, 13, 15) + d(4, 8), wobei d die Don’t-Care-Bedingungen kennzeichnet. Wie viele Produktterme N hat sie?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 3, 10, 12, 13, 15) + d(4, 8)
N =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme die Eulersche φ-Funktion φ(19), die Anzahl der ganzen Zahlen von 1 bis 19, die zu 19 teilerfremd sind.

n = 19 = 19
φ(19) =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer

43 ist eine Primzahl. Bestimme 1752250 mod 43 mit dem kleinen Satz von Fermat.

p = 43k = 52250
1752250 mod 43 =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Was bedeutet es, dass ein Problem optimale Teilstruktur hat?

  1. ADas Problem hat genau eine optimale Lösung, die jedes Teilproblem teilt
  2. BJedes Teilproblem hat dieselbe Größe
  3. CDas Problem kann in konstanter Zeit gelöst werden
  4. DEine optimale Lösung lässt sich aus optimalen Lösungen seiner Teilprobleme zusammensetzen
10.Algorithmen & KomplexitätSchwer

Wie hoch sind die amortisierten Kosten für das Inkrementieren eines Binärzählers, wenn ein einzelnes Inkrement viele Bits umschalten kann?

  1. AO(n log n) pro Inkrement
  2. BO(log n) pro Inkrement
  3. CO(n) pro Inkrement
  4. DO(1) pro Inkrement
11.DatenstrukturenMittel

Wo liegt in einem binären Heap, der in einem Array ab Index 0 gespeichert ist, der Elternknoten des Knotens mit Index i?

  1. ABei Index i − 1
  2. BBei Index 2i + 1
  3. CBei Index ⌊(i − 1) / 2⌋
  4. DBei Index ⌊i / 2⌋ + 1
12.DatenstrukturenSchwer

Wie hoch sind ohne Union by Rank und Pfadkompression die Kosten eines einzelnen find im schlechtesten Fall in einer Union-Find-Struktur mit n Elementen?

  1. AO(1)
  2. BO(n)
  3. CO(α(n))
  4. DO(log n)
13.GraphentheorieMittel
ABCDEEuler-KreisEuler-Weg, kein Kreiskeines von beiden

Hat der zusammenhängende Graph einen Euler-Kreis, einen Euler-Weg, der kein Kreis ist, oder keines von beiden? Klicke deine Antwort an.

|V| = 5|E| = 6
  1. 1Euler-Kreis
  2. 2Euler-Weg, kein Kreis
  3. 3keines von beiden
14.GraphentheorieSchwer
18814715124ABCDEF

Der Kruskal-Algorithmus baut einen minimalen aufspannenden Baum auf. Klicke die Kante an, die er als Kante Nummer 5 hinzufügt; übersprungene Kanten zählen nicht.

k = 5
  1. 1Kante AB
  2. 2Kante BC
  3. 3Kante BD
  4. 4Kante CE
  5. 5Kante DE
  6. 6Kante DF
  7. 7Kante EF
  8. 8Kante BE
15.Datenbanken & SQLMittel

Welcher SQL-Klausel entspricht in der relationalen Algebra der Selektionsoperator (σ)?

  1. AWHERE
  2. BSELECT-Liste
  3. CGROUP BY
  4. DORDER BY
16.Datenbanken & SQLSchwer

Wann ist die Zerlegung von R in R1 und R2 garantiert verlustfrei?

  1. AWenn R1 und R2 gleich viele Spalten haben
  2. BWenn R1 und R2 keine gemeinsamen Attribute haben
  3. CWenn jedes Attribut von R sowohl in R1 als auch in R2 vorkommt
  4. DWenn die gemeinsamen Attribute von R1 und R2 einen Superschlüssel von R1 oder von R2 bilden
17.RechnernetzeMittel

Welcher dieser Bereiche ist ein privater IPv4-Adressbereich?

  1. A8.8.8.0/24
  2. B100.0.0.0/8
  3. C192.168.0.0/16
  4. D200.1.1.0/24
18.RechnernetzeSchwer

Was macht BGP hauptsächlich im Internet?

  1. AEs löst Namen in Adressen auf
  2. BEs tauscht Routing-Informationen zwischen autonomen Systemen aus
  3. CEs verschlüsselt Daten zwischen Routern
  4. DEs vergibt über ihre Internetanbieter IP-Adressen an Privatnutzer
19.IPv4-SubnettingMittel
/16 → /2111111111111111111111100000000000NetzbitsHostbits

Das Netz 172.17.0.0/16 wird in gleich große Subnetze mit dem Präfix /21 aufgeteilt. Wie viele Subnetze N gibt es?

172.17.0.0/16/21
N =
20.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 11012806403201618041211NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.220.11/29. Welches ist das vierte Oktett x der letzten nutzbaren Hostadresse in seinem Subnetz?

10.20.220.11/29
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: U = 203

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.

Invertieren und eins addieren

53 = 0011 0101
invertiert: 1100 1010
+1 → 1100 1011

Vorzeichenlos lesen

1100 1011₂ = 256 − 53 = 203

Antwort

U = 203
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 65

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.

Bit für Bit

XOR ergibt 1, wo sich die beiden Bits unterscheiden.

1111 0110
XOR 1011 0111
= 0100 0001

Wert des Ergebnisses

0100 0001₂ = 65

Antwort

R = 65
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: Kontingenz

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).

Wahrheitstafel Zeile für Zeile

q = 1, r = 1: r ∨ q = 1, (r ∨ q) ∧ r = 1, ¬q = 0, ((r ∨ q) ∧ r) → ¬q = 0
q = 1, r = 0: r ∨ q = 1, (r ∨ q) ∧ r = 0, ¬q = 0, ((r ∨ q) ∧ r) → ¬q = 1
q = 0, r = 1: r ∨ q = 1, (r ∨ q) ∧ r = 1, ¬q = 1, ((r ∨ q) ∧ r) → ¬q = 1
q = 0, r = 0: r ∨ q = 0, (r ∨ q) ∧ r = 0, ¬q = 1, ((r ∨ q) ∧ r) → ¬q = 1

Einordnen

((r ∨ q) ∧ r) → ¬q: 0, 1, 1, 1
1 in 3 der 4 Zeilen, 0 in den anderen: eine Kontingenz.

Antwort

Kontingenz
4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ∀x (A(x) ∧ ¬B(x))

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.

Die Negation nach innen ziehen

¬∃x (A(x) → B(x)) ≡ ∀x (A(x) ∧ ¬B(x))

Antwort

∀x (A(x) ∧ ¬B(x))

Die anderen Optionen lassen entweder einen Quantor unverändert, ändern die Reihenfolge der Quantoren oder negieren die innere Formel falsch.

5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: N = 5

Karnaugh-Diagramme: Die Felder sind im Gray-Code (00, 01, 11, 10) angeordnet, benachbarte Felder, auch die über den Rand hinweg, unterscheiden sich also in genau einer Variablen. Fasse die Einsen in Rechtecken aus 1, 2, 4, 8 oder 16 Feldern zusammen, so groß und so wenige wie möglich, bis jede 1 abgedeckt ist. Jede Gruppe ist ein Produktterm: die Variablen, die in ihr konstant bleiben. Eine Gruppe aus 2ᵏ Feldern verliert k Variablen. Don’t-Cares (X) dürfen genutzt werden, um Gruppen zu vergrößern, müssen aber nie abgedeckt werden. Fasst du stattdessen die Nullen zusammen, erhältst du die minimale POS-Form.

ABCD000111100001111010110312040517161120131150140819011010

Die Nullen zusammenfassen

Jede Gruppe ist ein Rechteck aus 2ᵏ Feldern; Randfelder sind Nachbarn der Felder am gegenüberliegenden Rand.

(B + C′ + D′)
(B′ + C + D′)
(A′ + C′ + D)
(A′ + B + D)
(A + B′ + C)

Minimale POS-Form

F = (B + C′ + D′)(B′ + C + D′)(A′ + C′ + D)(A′ + B + D)(A + B′ + C)
N = 5

Antwort

N = 5
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: N = 4

Karnaugh-Diagramme: Die Felder sind im Gray-Code (00, 01, 11, 10) angeordnet, benachbarte Felder, auch die über den Rand hinweg, unterscheiden sich also in genau einer Variablen. Fasse die Einsen in Rechtecken aus 1, 2, 4, 8 oder 16 Feldern zusammen, so groß und so wenige wie möglich, bis jede 1 abgedeckt ist. Jede Gruppe ist ein Produktterm: die Variablen, die in ihr konstant bleiben. Eine Gruppe aus 2ᵏ Feldern verliert k Variablen. Don’t-Cares (X) dürfen genutzt werden, um Gruppen zu vergrößern, müssen aber nie abgedeckt werden. Fasst du stattdessen die Nullen zusammen, erhältst du die minimale POS-Form.

Primimplikanten

Die größten Gruppen, die sich aus Einsen und X bilden lassen.

C′D′, A′B′D, AB′D′, ABD, A′B′C′, ABC′
ABCD000111100001111010111302X4050706112113115014X809011110

Minimale Überdeckung

F = C′D′ + A′B′D + AB′D′ + ABD
N = 4

Antwort

N = 4
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: φ(19) = 18

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).

Primfaktoren

19 = 19

φ-Wert

φ(19) = 19 − 1 = 18

Antwort

φ(19) = 18
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 1752250 mod 43 = 31

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.

Den Exponenten reduzieren

52250 mod 42 = 2
1752250 ≡ 172 (mod 43)

Kleine Potenz

172 mod 43 = 31

Antwort

1752250 mod 43 = 31
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · Eine optimale Lösung lässt sich aus optimalen Lösungen seiner Teilprobleme zusammensetzen

Warum das die Antwort ist

Optimale Teilstruktur ist sowohl für Greedy-Algorithmen als auch für dynamische Programmierung nötig, damit sie korrekte Ergebnisse liefern.

Antwort

D · Eine optimale Lösung lässt sich aus optimalen Lösungen seiner Teilprobleme zusammensetzen
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · O(1) pro Inkrement

Warum das die Antwort ist

Über n Inkremente schaltet Bit i etwa n / 2ⁱ-mal um, also sind es insgesamt weniger als 2n Umschaltungen, im Durchschnitt O(1) pro Inkrement.

Antwort

D · O(1) pro Inkrement
11.Datenstrukturen

Antwort: C · Bei Index ⌊(i − 1) / 2⌋

Warum das die Antwort ist

Die Kinder von i liegen bei 2i + 1 und 2i + 2, also liegt der Elternknoten von i bei ⌊(i − 1) / 2⌋; bei 1-basierter Indizierung ist es ⌊i / 2⌋.

Antwort

C · Bei Index ⌊(i − 1) / 2⌋
12.Datenstrukturen

Antwort: B · O(n)

Warum das die Antwort ist

Naive Vereinigungen können Bäume zu einer langen Kette verbinden, sodass find n − 1 Elternzeigern folgen muss; die beiden Heuristiken bringen es nahe an konstante Kosten.

Antwort

B · O(n)
13.Graphentheorie

Antwort: keines von beiden

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.

Grade

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

Ungerade Knoten

A, B, C, E → 4
keines von beiden

Antwort

keines von beiden
14.Graphentheorie

Antwort: Kante AB

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.

Kruskal-Algorithmus

1. DE (1)
2. BE (4)
3. DF (5)
4. CE (7)
5. AB (18)

Kantennummer 5

AB

Antwort

Kante AB
15.Datenbanken & SQL

Antwort: A · WHERE

Warum das die Antwort ist

σcondition(R) liefert die Tupel von R, die die Bedingung erfüllen, wie eine WHERE-Klausel.

Antwort

A · WHERE
16.Datenbanken & SQL

Antwort: D · Wenn die gemeinsamen Attribute von R1 und R2 einen Superschlüssel von R1 oder von R2 bilden

Warum das die Antwort ist

Bestimmen die gemeinsamen Attribute alle Attribute von R1 oder von R2, liefert das erneute Verbinden genau die ursprünglichen Zeilen und keine unechten Tupel.

Antwort

D · Wenn die gemeinsamen Attribute von R1 und R2 einen Superschlüssel von R1 oder von R2 bilden
17.Rechnernetze

Antwort: C · 192.168.0.0/16

Warum das die Antwort ist

Private Bereiche sind 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 und 192.168.0.0/16; sie werden im öffentlichen Internet nicht geroutet.

Antwort

C · 192.168.0.0/16
18.Rechnernetze

Antwort: B · Es tauscht Routing-Informationen zwischen autonomen Systemen aus

Warum das die Antwort ist

BGP ist das Inter-Domain-Routingprotokoll; autonome Systeme (AS) kündigen erreichbare Präfixe an und wählen Pfade anhand von Richtlinien (Policies).

Antwort

B · Es tauscht Routing-Informationen zwischen autonomen Systemen aus
19.IPv4-Subnetting

Antwort: N = 32

IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).

Geliehene Bits

21 − 16 = 5

Anzahl der Subnetze

N = 25 = 32

Antwort

N = 32

Jedes /21-Subnetz hat 211 − 2 = 2046 nutzbare Hosts.

20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 14

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).

Blockgröße

23 = 8

Subnetz dieses Hosts

Netz: ⌊11/8⌋·8 = 8
Broadcast: 8 + 8 − 1 = 15
nutzbare Hosts: 9 … 14

Antwort

x = 14

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