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
Stellenwerte im Zweierkomplement0−12816413201618041201

Das 8-Bit-Muster 0110 1010 speichert eine vorzeichenbehaftete Ganzzahl im Zweierkomplement. Welchen Wert N hat sie im Dezimalsystem?

0110 10108 bit
N =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 1110 0111 OR 1010 1110. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

1110 0111OR1010 1110
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
p ∧ (r ∨ q)(p ∧ r) ∨ (p ∧ q)(p ∨ r) ∧ q(p ∨ r) ∧ (p ∨ q)

Welche Formel ist logisch äquivalent zu p ∨ (r ∧ q)? Klicke sie an.

p ∨ (r ∧ q)
  1. 1p ∧ (r ∨ q)
  2. 2(p ∧ r) ∨ (p ∧ q)
  3. 3(p ∨ r) ∧ q
  4. 4(p ∨ r) ∧ (p ∨ q)
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
pqrp → (q ∨ r)pq111110101100011010001000

Das Argument mit den Prämissen p → (q ∨ r); p und der Konklusion q ist ungültig. Klicke die Zeile der Wahrheitstafel an, die ein Gegenbeispiel ist.

p → (q ∨ r)p∴ q
  1. 1p = 1, q = 1, r = 1
  2. 2p = 1, q = 1, r = 0
  3. 3p = 1, q = 0, r = 1
  4. 4p = 1, q = 0, r = 0
  5. 5p = 0, q = 1, r = 1
  6. 6p = 0, q = 1, r = 0
  7. 7p = 0, q = 0, r = 1
  8. 8p = 0, q = 0, r = 0
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABC00011110011001030204151716

Bestimme mit dem Karnaugh-Diagramm die minimale Summe von Produkten (SOP) von F(A, B, C) = Σm(0, 5, 6, 7). Wie viele Literale L enthält sie insgesamt (eine Variable mit Strich zählt als ein Literal)?

F(A, B, C) = Σm(0, 5, 6, 7)
L =
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
ABCD0001111000011110000103021415X716X120130151140809011X10

Bestimme die minimale SOP-Form von F(A, B, C, D) = Σm(4, 5, 6, 14) + d(7, 10, 12), wobei d die Don’t-Care-Bedingungen kennzeichnet. Wie viele Literale L enthält sie?

F(A, B, C, D) = Σm(4, 5, 6, 14) + d(7, 10, 12)
L =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme die kleinste positive ganze Zahl x mit x ≡ 1 (mod 4) und x ≡ 7 (mod 9).

x ≡ 1 (mod 4)x ≡ 7 (mod 9)
x =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer
193c = me​ mod n?m = cd​ mod nm(n, e) = (259, 5)d

Verschlüssele die Nachricht m = 193 mit dem öffentlichen RSA-Schlüssel (n, e) = (259, 5). Bestimme den Geheimtext c.

n = 259e = 5m = 193
c =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Welche Greedy-Regel liefert beim Aktivitätsauswahlproblem immer eine maximale Anzahl sich nicht überschneidender Aktivitäten?

  1. AZuerst die kürzeste Aktivität wählen
  2. BDie Aktivität wählen, die am frühesten beginnt
  3. CZuerst die Aktivität mit den wenigsten Überschneidungen wählen, dann mit den verträglichen wiederholen
  4. DDie Aktivität wählen, die am frühesten endet, dann mit den verträglichen wiederholen
10.Algorithmen & KomplexitätSchwer

Bei welcher Variante des Rucksackproblems liefert die Greedy-Regel „Gegenstände nach Wert pro Gewicht nehmen" immer eine optimale Lösung?

  1. ABeim fraktionalen Rucksackproblem, bei dem Gegenstände geteilt werden dürfen
  2. BBei keiner der beiden Varianten
  3. CBei beiden Varianten
  4. DBeim 0/1-Rucksackproblem, bei dem Gegenstände immer ganz genommen werden müssen
11.DatenstrukturenMittel

Wie findest du den kleinsten Schlüssel in einem binären Suchbaum?

  1. ANur die Wurzel ansehen
  2. BJedes Blatt besuchen und vergleichen
  3. CVon der Wurzel aus den linken Kindern folgen, bis es kein linkes Kind mehr gibt
  4. DVon der Wurzel aus den rechten Kindern folgen, bis es kein rechtes Kind mehr gibt
12.DatenstrukturenSchwer

In einem Ringpuffer kann front == rear entweder leer oder voll bedeuten. Wie unterscheidet man das üblicherweise?

  1. ADie Puffergröße zu einer Zweierpotenz machen
  2. BDen Puffer immer leeren, wenn front gleich rear ist, sodass der Zustand leer ist
  3. CEinen separaten Elementzähler führen oder immer einen Platz frei lassen
  4. DFront und rear in derselben Variablen speichern
13.GraphentheorieMittel

Wie viele verschiedene Hamilton-Kreise H hat der vollständige Graph K7? Kreise, die sich nur im Startknoten oder in der Richtung unterscheiden, zählen als gleich.

K7
H =
14.GraphentheorieSchwer
144151618717653ABCDEFG

Der Kruskal-Algorithmus baut einen minimalen aufspannenden Baum auf. Klicke die Kante an, die er als Kante Nummer 3 hinzufügt; übersprungene Kanten zählen nicht.

k = 3
  1. 1Kante AB
  2. 2Kante BC
  3. 3Kante BD
  4. 4Kante CE
  5. 5Kante DE
  6. 6Kante DF
  7. 7Kante EF
  8. 8Kante GB
  9. 9Kante GC
  10. 10Kante GE
15.Datenbanken & SQLMittel

Eine Tabelle employees hat eine Spalte manager_id, die auf einen anderen Mitarbeiter verweist. Wie listest du jeden Mitarbeiter neben dem Namen seines Vorgesetzten auf?

  1. ADie Tabelle mit sich selbst über UNION ALL und einen WHERE-Filter kombinieren
  2. BEine zweite Kopie der Tabelle auf der Festplatte anlegen
  3. CDie Tabelle employees mit sich selbst über zwei Aliase verbinden
  4. DNur GROUP BY manager_id verwenden
16.Datenbanken & SQLSchwer

Zwei Transaktionen lesen beide stock = 10, ziehen jeweils 1 ab und schreiben das Ergebnis, sodass 9 statt 8 herauskommt. Welche Anomalie ist das?

  1. APhantom Read
  2. BLöschanomalie
  3. CDirty Read
  4. DLost Update (verlorene Änderung)
17.RechnernetzeMittel

Welche Metrik nutzt RIP zur Wahl von Routen?

  1. AGeschäftliche Richtlinien
  2. BBandbreite der Verbindung
  3. CGemessene Verzögerung
  4. DHop-Anzahl
18.RechnernetzeSchwer

Welche Schicht im TCP/IP-Modell fügt Portnummern hinzu?

  1. AInternetschicht
  2. BNetzzugangsschicht
  3. CTransportschicht
  4. DAnwendungsschicht
19.IPv4-SubnettingMittel
/24 → /2711111111111111111111111111100000NetzbitsHostbits

Das Netz 10.255.112.0/24 wird in gleich große Subnetze mit dem Präfix /27 aufgeteilt. Wie viele Subnetze N gibt es?

10.255.112.0/24/27
N =
20.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 9012806403201618040211NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.1.9/30. Welche ist die letzte Zahl (viertes Oktett) x der Broadcast-Adresse seines Subnetzes?

10.20.1.9/30
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: N = 106

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.

Stellenwerte addieren

Die übrigen Bits behalten ihre normalen positiven Werte.

64 + 32 + 8 + 2 = 106

Antwort

N = 106
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 239

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

OR ergibt dort 1, wo mindestens ein Bit 1 ist.

1110 0111
OR 1010 1110
= 1110 1111

Wert des Ergebnisses

1110 1111₂ = 239

Antwort

R = 239
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: (p ∨ r) ∧ (p ∨ q)

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).

Das Gesetz

∨ verteilt sich über ∧: a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
p ∨ (r ∧ q) ≡ (p ∨ r) ∧ (p ∨ q)

Mit der Wahrheitstafel prüfen

p = 1, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 1, r = 0: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 | 1 1 0 1
p = 1, q = 0, r = 0: 1 | 0 0 0 1
p = 0, q = 1, r = 1: 1 | 0 0 1 1
p = 0, q = 1, r = 0: 0 | 0 0 0 0
p = 0, q = 0, r = 1: 0 | 0 0 0 0
p = 0, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0

Antwort

(p ∨ r) ∧ (p ∨ q)

Die Spalten nach dem Strich sind die Optionen in der angezeigten Reihenfolge.

4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: p = 1, q = 0, r = 1

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.

Prämissen und Konklusion Zeile für Zeile

p = 1, q = 1, r = 1: 1 1 | 1
p = 1, q = 1, r = 0: 1 1 | 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 1 | 0
p = 1, q = 0, r = 0: 0 1 | 0
p = 0, q = 1, r = 1: 1 0 | 1
p = 0, q = 1, r = 0: 1 0 | 1
p = 0, q = 0, r = 1: 1 0 | 0
p = 0, q = 0, r = 0: 1 0 | 0

Gegenbeispiel

p = 1, q = 0, r = 1

Antwort

p = 1, q = 0, r = 1

Ein Argument dieser Form sieht aus wie eine gültige Regel, aber eine Zeile genügt, um zu zeigen, dass sie es nicht ist.

5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: L = 7

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.

ABC00011110011001030204151716

Die Einsen zusammenfassen

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

AC
AB
A′B′C′

Minimale SOP-Form

F = AC + AB + A′B′C′
L = 7

Antwort

L = 7
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: L = 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.

BD′, ACD′, A′B
ABCD0001111000011110000103021415X716X120130151140809011X10

Minimale Überdeckung

F = BD′ + A′B
L = 4

Antwort

L = 4
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: x = 25

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).

Erste Kongruenz

x = 1 + 4k

Zweite Kongruenz

1 + 4k ≡ 7 (mod 9) → 4k ≡ 6 (mod 9)
k ≡ 7·6 ≡ 6 (mod 9)

Ergebnis

x = 1 + 4·6 = 25
x = 25
Probe: 25 mod 4 = 1, 25 mod 9 = 7

Antwort

x = 25
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: c = 23

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

5 = 4 + 1
1931 ≡ 193 (mod 259)
1932 ≡ 212 (mod 259)
1934 ≡ 137 (mod 259)
1935 ≡ 193·137 ≡ 23 (mod 259)

Geheimtext

c = 23

Antwort

c = 23
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · Die Aktivität wählen, die am frühesten endet, dann mit den verträglichen wiederholen

Warum das die Antwort ist

Dass die Wahl des frühesten Endzeitpunkts optimal ist, lässt sich mit einem Austauschargument beweisen; für die anderen Regeln gibt es Gegenbeispiele.

Antwort

D · Die Aktivität wählen, die am frühesten endet, dann mit den verträglichen wiederholen
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: A · Beim fraktionalen Rucksackproblem, bei dem Gegenstände geteilt werden dürfen

Warum das die Antwort ist

Dürfen Gegenstände geteilt werden, ist das beste Verhältnis zuerst optimal; beim 0/1-Rucksack kann ein Gegenstand mit hohem Verhältnis eine bessere Kombination blockieren, sodass dynamische Programmierung nötig ist.

Antwort

A · Beim fraktionalen Rucksackproblem, bei dem Gegenstände geteilt werden dürfen
11.Datenstrukturen

Antwort: C · Von der Wurzel aus den linken Kindern folgen, bis es kein linkes Kind mehr gibt

Warum das die Antwort ist

Zum linkesten Knoten gibt es keinen kleineren Schlüssel im Baum, also ist er das Minimum; die Kosten sind proportional zur Höhe.

Antwort

C · Von der Wurzel aus den linken Kindern folgen, bis es kein linkes Kind mehr gibt
12.Datenstrukturen

Antwort: C · Einen separaten Elementzähler führen oder immer einen Platz frei lassen

Warum das die Antwort ist

Mit einem Zähler bedeutet leer count = 0 und voll count = Kapazität; mit einem freien Platz ist voll als (rear + 1) mod n == front definiert.

Antwort

C · Einen separaten Elementzähler führen oder immer einen Platz frei lassen
13.Graphentheorie

Antwort: H = 360

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.

Zählen

H = (7 − 1)!/2 = 720/2 = 360

Antwort

H = 360
14.Graphentheorie

Antwort: Kante GC

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. GE (3)
2. BC (4)
3. GC (5)
4. DF (7)
5. AB (14)
6. BD (15)

Kantennummer 3

GC

Antwort

Kante GC
15.Datenbanken & SQL

Antwort: C · Die Tabelle employees mit sich selbst über zwei Aliase verbinden

Warum das die Antwort ist

Ein Self-Join wie FROM employees e JOIN employees m ON e.manager_id = m.id lässt einen Alias den Mitarbeiter und den anderen den Vorgesetzten darstellen.

Antwort

C · Die Tabelle employees mit sich selbst über zwei Aliase verbinden
16.Datenbanken & SQL

Antwort: D · Lost Update (verlorene Änderung)

Warum das die Antwort ist

Bei einem Lost Update arbeiten beide Transaktionen mit demselben alten Wert, und der zweite Schreibvorgang löscht den ersten aus; Sperren (SELECT ... FOR UPDATE) oder atomare Updates verhindern das.

Antwort

D · Lost Update (verlorene Änderung)
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 · Transportschicht

Warum das die Antwort ist

TCP- und UDP-Header enthalten Quell- und Zielports; die Internetschicht (IP) fügt die Adressen hinzu.

Antwort

C · Transportschicht
19.IPv4-Subnetting

Antwort: N = 8

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

27 − 24 = 3

Anzahl der Subnetze

N = 23 = 8

Antwort

N = 8

Jedes /27-Subnetz hat 25 − 2 = 30 nutzbare Hosts.

20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 11

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

22 = 4

Subnetz dieses Hosts

Netz: ⌊9/4⌋·4 = 8
Broadcast: 8 + 4 − 1 = 11
nutzbare Hosts: 9 … 10

Antwort

x = 11

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