Grundlagen der Informatik: Lernpaket

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

Neue AufgabenZurück zum Kurs

Wähle im Druckfenster „Als PDF speichern“, um eine Kopie auf deinem Gerät zu behalten.

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 Zweierkomplement1−12806403211618141201

Das 8-Bit-Muster 1001 1110 speichert eine vorzeichenbehaftete Ganzzahl im Zweierkomplement. Welchen Wert N hat sie im Dezimalsystem?

1001 11108 bit
N =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 0110 1111 OR 0100 0000. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

0110 1111OR0100 0000
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
¬p ∨ ¬q¬p ∧ ¬qp ∨ ¬q¬p ∧ q

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

¬(p ∨ q)
  1. 1¬p ∨ ¬q
  2. 2¬p ∧ ¬q
  3. 3p ∨ ¬q
  4. 4¬p ∧ q
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
∃x P(x)∀x P(x)∀x ¬P(x)∃x ¬P(x)

Welche Aussage ist äquivalent zu ¬∀x P(x), wenn die Negation ganz nach innen gezogen ist? Klicke sie an.

¬∀x P(x)
  1. 1∃x P(x)
  2. 2∀x P(x)
  3. 3∀x ¬P(x)
  4. 4∃x ¬P(x)
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABCD000111100001111010011302140507061120130151140809011110

Bestimme mit dem Karnaugh-Diagramm die minimale Summe von Produkten (SOP) von F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 4, 10, 12, 14). Wie viele Produktterme N hat sie?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 4, 10, 12, 14)
N =
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
ABCD00011110000111100001031214X5171611211311501408X9111X10

Bestimme für F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 6, 7, 11, 12, 13, 15) + d(5, 9, 10), wobei d die Don’t-Care-Bedingungen kennzeichnet, die Anzahl N der wesentlichen Primimplikanten.

F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 6, 7, 11, 12, 13, 15) + d(5, 9, 10)
N =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme das Inverse von 48 modulo 65: die Zahl x mit 0 < x < 65 und 48·x ≡ 1 (mod 65).

a = 48n = 65
48−1 mod 65 =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer
mc = me​ mod n2m = cd​ mod n?(n, e) = (161, 5)d

Ein RSA-Schlüssel verwendet p = 7, q = 23 und e = 5. Entschlüssele den Geheimtext c = 2: Bestimme die Nachricht m.

p = 7q = 23e = 5c = 2
m =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

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

  1. ADie Aktivität wählen, die am frühesten beginnt
  2. BZuerst die kürzeste Aktivität wählen
  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

Was musst du tun, um zu zeigen, dass ein neues Problem X NP-schwer ist?

  1. AX in polynomieller Zeit auf ein bekanntes NP-schweres Problem reduzieren
  2. BZeigen, dass X für kleine Eingaben keinen polynomiellen Algorithmus hat
  3. CEin bekanntes NP-schweres Problem in polynomieller Zeit auf X reduzieren
  4. DZeigen, dass X in polynomieller Zeit überprüft werden kann
11.DatenstrukturenMittel

Wie viele Knoten hat ein perfekter Binärbaum der Höhe h, wenn die Höhe in Kanten gezählt wird?

  1. A2h + 1
  2. B2h+1 − 1
  3. Ch2
  4. D2h
12.DatenstrukturenSchwer

Wie hoch ist unter der Annahme des einfachen gleichverteilten Hashings die erwartete Suchzeit in einer Hashtabelle mit Chaining, n Schlüsseln und m Buckets?

  1. AO(m)
  2. BO(1 + α), wobei α = n / m
  3. CO(log n)
  4. DO(n)
13.GraphentheorieMittel

Ein zusammenhängender Graph hat 13 Knoten und 22 Kanten. Wie viele Kanten k müssen entfernt werden, damit ein aufspannender Baum übrig bleibt?

|V| = 13|E| = 22
k =
14.GraphentheorieSchwer
11517201041318ABCDEF

Bestimme das Gesamtgewicht W eines minimalen aufspannenden Baums des gewichteten Graphen.

|V| = 6|E| = 8
W =
15.Datenbanken & SQLMittel

Was ist SQL-Injection?

  1. AEine Technik zur Datenbanksicherung
  2. BEin Angriff, bei dem Benutzereingaben die Struktur einer SQL-Abfrage verändern
  3. CEine Methode, um viele Zeilen mit einer einzigen INSERT-Anweisung schnell einzufügen
  4. DEine Möglichkeit, Indizes hinzuzufügen
16.Datenbanken & SQLSchwer

Die Boyce-Codd-Normalform (BCNF) verlangt, dass für jede nicht-triviale funktionale Abhängigkeit X → Y gilt:

  1. AX enthält NULL
  2. BX ist ein Superschlüssel
  3. CY ist atomar
  4. DY ist ein Primärschlüssel
17.RechnernetzeMittel

Wie lange dauert es, ein 1500-Byte-Paket auf eine 12-Mbit/s-Verbindung zu legen (Sendeverzögerung)?

  1. A0,125 ms
  2. B12 ms
  3. C8 ms
  4. D1 ms
18.RechnernetzeSchwer

Wie groß ist nach dem Shannon-Theorem die Kapazität eines 1-MHz-Kanals mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 255?

  1. A255 Mbit/s
  2. B1 Mbit/s
  3. C8 Mbit/s
  4. D2 Mbit/s
19.IPv4-SubnettingMittel
/?11111111111111111111111110000000NetzbitsHostbits

Eine Abteilung braucht 122 Hostadressen in einem einzigen Subnetz. Welche ist die längste Präfixlänge p (kleinstes Subnetz), die groß genug ist?

122 hosts
p =
20.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 121012816413211618040211NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.158.121/29. Welche ist die letzte Zahl (viertes Oktett) x der Broadcast-Adresse seines Subnetzes?

10.20.158.121/29
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: N = −98

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.

−128 + 16 + 8 + 4 + 2 = −98

Antwort

N = −98
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 111

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.

0110 1111
OR 0100 0000
= 0110 1111

Wert des Ergebnisses

0110 1111₂ = 111

Antwort

R = 111
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ¬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

De Morgan: ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b. Das ∨ wird zu ∧, und beide Teile werden negiert.
¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q

Mit der Wahrheitstafel prüfen

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

Antwort

¬p ∧ ¬q

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

4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ∃x ¬P(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 P(x) ≡ ∃x ¬P(x)

Antwort

∃x ¬P(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 = 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.

ABCD000111100001111010011302140507061120130151140809011110

Die Einsen zusammenfassen

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

BC′D′
A′C′D′
ACD′
A′B′CD

Minimale SOP-Form

F = BC′D′ + A′C′D′ + ACD′ + A′B′CD
N = 4

Antwort

N = 4

Es gibt eine weitere Gruppierung derselben Größe; sie hat dieselbe Anzahl von Termen und Literalen.

6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: N = 1

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, BC′, B′CD′, AD, A′CD′, A′B, AB′C
ABCD00011110000111100001031214X5171611211311501408X9111X10

Wesentliche Primimplikanten

BC′
N = 1

Antwort

N = 1
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 48−1 mod 65 = 42

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·48 (mod 65) geschrieben.

r = 65, t = 0
r = 48, q = 1, t = 1
r = 17, q = 2, t = −1
r = 14, q = 1, t = 3
r = 3, q = 4, t = −4
r = 2, q = 1, t = 19
r = 1, q = 2, t = −23

Inverse

1 ≡ −23·48 (mod 65)
x = 42
Probe: 48·42 = 2016 = 31·65 + 1

Antwort

48−1 mod 65 = 42
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: m = 144

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.

Privater Exponent

n = 161, φ(n) = 132
d = 5−1 mod 132 = 53

Durch wiederholtes Quadrieren entschlüsseln

53 = 32 + 16 + 4 + 1
21 ≡ 2 (mod 161)
22 ≡ 4 (mod 161)
24 ≡ 16 (mod 161)
28 ≡ 95 (mod 161)
216 ≡ 9 (mod 161)
232 ≡ 81 (mod 161)
253 ≡ 2·16·9·81 ≡ 144 (mod 161)

Nachricht

m = 144
Probe: 1445 mod 161 = 2

Antwort

m = 144
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: C · Ein bekanntes NP-schweres Problem in polynomieller Zeit auf X reduzieren

Warum das die Antwort ist

Lässt sich ein bekanntes schweres Problem effizient in X umformen, würde ein schneller Algorithmus für X auch das bekannte Problem lösen.

Antwort

C · Ein bekanntes NP-schweres Problem in polynomieller Zeit auf X reduzieren
11.Datenstrukturen

Antwort: B · 2h+1 − 1

Warum das die Antwort ist

Die Summe 1 + 2 + 4 + ... + 2h ergibt 2h+1 − 1; zum Beispiel ergibt Höhe 2 genau 7 Knoten.

Antwort

B · 2h+1 − 1
12.Datenstrukturen

Antwort: B · O(1 + α), wobei α = n / m

Warum das die Antwort ist

Das Berechnen des Hashs kostet O(1), und die erwartete Kettenlänge ist α; hält man α durch Vergrößern beschränkt, ergibt sich eine erwartete Zeit von O(1).

Antwort

B · O(1 + α), wobei α = n / m
13.Graphentheorie

Antwort: k = 10

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.

Kanten eines aufspannenden Baums

13 − 1 = 12

Zu entfernende Kanten

k = 22 − 12 = 10

Antwort

k = 10
14.Graphentheorie

Antwort: W = 47

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

DF (4): nehmen
AC (5): nehmen
DE (10): nehmen
AB (11): nehmen
EF (13): überspringen, schließt einen Kreis
BD (17): nehmen

Gesamtgewicht

W = 4 + 5 + 10 + 11 + 17 = 47

Antwort

W = 47
15.Datenbanken & SQL

Antwort: B · Ein Angriff, bei dem Benutzereingaben die Struktur einer SQL-Abfrage verändern

Warum das die Antwort ist

Wenn Benutzereingaben in SQL eingefügt (verkettet) werden, können Angreifer Befehle einschleusen. Prepared Statements mit Parametern halten Daten und Code getrennt.

Antwort

B · Ein Angriff, bei dem Benutzereingaben die Struktur einer SQL-Abfrage verändern
16.Datenbanken & SQL

Antwort: B · X ist ein Superschlüssel

Warum das die Antwort ist

BCNF verlangt, dass jede Determinante ein Schlüsselkandidat (Superschlüssel) ist; 3NF erlaubt eine Ausnahme, wenn Y Teil eines Schlüsselkandidaten ist.

Antwort

B · X ist ein Superschlüssel
17.Rechnernetze

Antwort: D · 1 ms

Warum das die Antwort ist

1500 Byte = 12,000 Bit. 12,000 / 12,000,000 Bit/s = 0,001 s = 1 ms. Die Sendeverzögerung hängt von Paketgröße und Datenrate ab, nicht von der Entfernung.

Antwort

D · 1 ms
18.Rechnernetze

Antwort: C · 8 Mbit/s

Warum das die Antwort ist

C = 10⁶ × log₂(256) = 10⁶ × 8 = 8 Mbit/s. Das ist die Obergrenze der fehlerfreien Datenrate auf einem verrauschten Kanal.

Antwort

C · 8 Mbit/s
19.IPv4-Subnetting

Antwort: p = 25

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).

Benötigte Hostbits

26 − 2 = 62 < 122
27 − 2 = 126 ≥ 122 → h = 7

Präfixlänge

p = 32 − 7 = 25

Antwort

p = /25
20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 127

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: ⌊121/8⌋·8 = 120
Broadcast: 120 + 8 − 1 = 127
nutzbare Hosts: 121 … 126

Antwort

x = 127

ExamProblems · examproblems.com/courses/computer-science-fundamentals