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 −90 als 8-Bit-Muster im Zweierkomplement. Lies das Muster als vorzeichenlose Binärzahl: Welchen Wert U hat es im Dezimalsystem?

N = −908 bit
U =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 0010 0000 OR 0111 1111. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

0010 0000OR0111 1111
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
¬¬c ∧ b¬¬c → ¬b¬c ∧ ¬b¬¬c ∧ ¬b

Du willst ¬c → b durch Widerspruch beweisen. Welche Aussage nimmst du am Anfang an? Klicke sie an.

¬c → b
  1. 1¬¬c ∧ b
  2. 2¬¬c → ¬b
  3. 3¬c ∧ ¬b
  4. 4¬¬c ∧ ¬b
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))∃x ∃y (R(x, y) → ¬R(y, x))∃x ∃y (¬R(x, y) ∧ ¬R(y, x))∀x ∀y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

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

¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x))
  1. 1∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
  2. 2∃x ∃y (R(x, y) → ¬R(y, x))
  3. 3∃x ∃y (¬R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
  4. 4∀x ∀y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABCD0001111000011110111111

In diesem Karnaugh-Diagramm hat genau eine 1 keine benachbarte 1, bleibt also in der minimalen SOP-Form eine Gruppe aus einem Feld (ein voller Minterm mit vier Literalen). Nachbarn über den Rand des Diagramms zählen mit. Klicke dieses Feld an.

F = Σm(7, 8, 9, 10, 12, 14)
  1. 1AB = 00, CD = 00
  2. 2AB = 00, CD = 01
  3. 3AB = 00, CD = 11
  4. 4AB = 00, CD = 10
  5. 5AB = 01, CD = 00
  6. 6AB = 01, CD = 01
  7. 7AB = 01, CD = 11
  8. 8AB = 01, CD = 10
  9. 9AB = 11, CD = 00
  10. 10AB = 11, CD = 01
  11. 11AB = 11, CD = 11
  12. 12AB = 11, CD = 10
  13. 13AB = 10, CD = 00
  14. 14AB = 10, CD = 01
  15. 15AB = 10, CD = 11
  16. 16AB = 10, CD = 10
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
TQ0​Q0​TQ1​Q1​TQ2​Q2​TQ3​Q3​CLKUP

Ein 4-Bit-Binär-Aufwärtszähler startet bei 5 (dezimal, Q = 0101). Welchen Zählerstand Q (dezimal) zeigt er nach 31 Taktimpulsen?

Q0 = 531n = 4
Q =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme das Inverse von 23 modulo 28: die Zahl x mit 0 < x < 28 und 23·x ≡ 1 (mod 28).

a = 23n = 28
23−1 mod 28 =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer

Bestimme 46148 mod 97 durch wiederholtes Quadrieren.

a = 46k = 148n = 97
46148 mod 97 =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Ein Greedy-Algorithmus:

  1. AProbiert jede mögliche Lösung aus
  2. BVerwendet ausschließlich Rekursion
  3. CLiefert immer die optimale Lösung
  4. DTrifft in jedem Schritt die lokal beste Wahl
10.Algorithmen & KomplexitätSchwer

Welche Zeit- und Speicherkosten hat die Berechnung der n-ten Fibonacci-Zahl mit einer Schleife, die nur die letzten beiden Werte behält?

  1. AO(2ⁿ) Zeit und O(1) Speicher
  2. BO(n) Zeit und O(1) Speicher
  3. CO(log n) Zeit und O(n) Speicher
  4. DO(n) Zeit und O(n) Speicher
11.DatenstrukturenMittel

Bei welchem Verfahren zur Kollisionsauflösung werden kollidierende Schlüssel in einer Liste im selben Bucket gespeichert?

  1. ADoppeltes Hashing (Double Hashing)
  2. BVerkettung (Separate Chaining)
  3. CQuadratisches Sondieren (Quadratic Probing)
  4. DLineares Sondieren (Linear Probing)
12.DatenstrukturenSchwer

Welche Datenstruktur ermöglicht einen LRU-Cache (least recently used) mit get und put in O(1)?

  1. AEine Hashmap kombiniert mit einer doppelt verketteten Liste
  2. BNur ein binärer Suchbaum
  3. CEin einzelnes sortiertes Array
  4. DNur ein Stack
13.GraphentheorieMittel

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

2 × deg 32 × deg 5
L =
14.GraphentheorieSchwer
7111510241110142ABCDEFG

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

Was ist ein Dirty Read?

  1. ADas Lesen von Daten von einer beschädigten Festplatte
  2. BDas Lesen von Daten, die eine andere, noch nicht festgeschriebene Transaktion geschrieben hat
  3. CDas zweimalige Lesen derselben Zeile mit demselben Wert
  4. DDas Lesen von Daten ohne WHERE-Klausel
16.Datenbanken & SQLSchwer

Welchen Join-Algorithmus wählt ein Optimierer oft für einen Gleichheits-Join zwischen zwei großen Tabellen ohne nützliche Indexe?

  1. AHash Join
  2. BNested Loop Join mit Indexzugriffen
  3. CCross Join
  4. DBitmap Join auf dem Primärschlüssel
17.RechnernetzeMittel

HTTP ist zustandslos. Wie halten Websites einen Nutzer üblicherweise über mehrere Anfragen hinweg angemeldet?

  1. AIndem jeder Nutzer eine feste IP-Adresse erhält
  2. BIndem das Passwort in der URL gespeichert wird
  3. CIndem die TCP-Verbindung tagelang offen gehalten wird
  4. DMit Cookies, die eine Sitzungs-ID oder ein Token enthalten
18.RechnernetzeSchwer

Ein Angreifer in einem LAN sendet gefälschte ARP-Antworten, die die IP-Adresse des Gateways beanspruchen. Was ist die wahrscheinliche Folge?

  1. AAlle DNS-Anfragen im gesamten Internet schlagen fehl
  2. BDer Switch schaltet alle seine Ports ab
  3. CDie IP-Adresse des Gateways wird auf jedem Router dauerhaft auf die Adresse des Angreifers geändert
  4. DOpfer senden den Verkehr für das Gateway an den Angreifer, was einen Man-in-the-Middle-Angriff ermöglicht
19.IPv4-SubnettingMittel
/24 → /2811111111111111111111111111110000NetzbitsHostbits

Das Netz 192.168.168.0/24 wird in /28-Subnetze aufgeteilt, nummeriert mit 1, 2, 3, … ab der niedrigsten Adresse (Subnetz 1 beginnt bei .0). Wie lautet das vierte Oktett x der Netzadresse von Subnetz 7?

192.168.168.0/24/28Subnetz 7 (Subnetz 1 beginnt bei .0)
x =
20.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 134112806403201608141201NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.195.134/26. Welche ist die letzte Zahl (viertes Oktett) x der Broadcast-Adresse seines Subnetzes?

10.20.195.134/26
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: U = 166

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

90 = 0101 1010
invertiert: 1010 0101
+1 → 1010 0110

Vorzeichenlos lesen

1010 0110₂ = 256 − 90 = 166

Antwort

U = 166
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 127

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.

0010 0000
OR 0111 1111
= 0111 1111

Wert des Ergebnisses

0111 1111₂ = 127

Antwort

R = 127
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ¬c ∧ ¬b

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 = ¬c, b = b

Negation der Implikation

¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = ¬c ∧ ¬b

Antwort

¬c ∧ ¬b

Führt die Annahme zu einem Widerspruch, muss die Implikation wahr sein.

4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, 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 ∀y (R(x, y) → R(y, x)) ≡ ∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

Antwort

∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, 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: AB = 01, CD = 11

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.

Nachbarn jeder 1

Eine 1 mit einer benachbarten 1 kann einer Gruppe aus zwei oder mehr Feldern angehören.

m7: m6, m5, m3, m15 → 0
ABCD0001111000011110111111

Die isolierte 1

m7 = A′BCD → AB = 01, CD = 11

Antwort

AB = 01, CD = 11
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: Q = 4

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.

Volle Zyklen

Alle 16 Impulse bringen den Zähler in denselben Zustand zurück.

31 = 1·16 + 15

Zählerstand nach den restlichen Impulsen

Q = (5 + 15) mod 16 = 4
Q = 0100₂

Antwort

Q = 4
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 23−1 mod 28 = 11

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·23 (mod 28) geschrieben.

r = 28, t = 0
r = 23, q = 1, t = 1
r = 5, q = 4, t = −1
r = 3, q = 1, t = 5
r = 2, q = 1, t = −6
r = 1, q = 2, t = 11

Inverse

1 ≡ 11·23 (mod 28)
x = 11
Probe: 23·11 = 253 = 9·28 + 1

Antwort

23−1 mod 28 = 11
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 46148 mod 97 = 64

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.

Binärer Exponent

148 = 100101002 = 128 + 16 + 4

Wiederholtes Quadrieren

461 ≡ 46 (mod 97)
462 ≡ 79 (mod 97)
464 ≡ 33 (mod 97)
468 ≡ 22 (mod 97)
4616 ≡ 96 (mod 97)
4632 ≡ 1 (mod 97)
4664 ≡ 1 (mod 97)
46128 ≡ 1 (mod 97)

Die nötigen Potenzen multiplizieren

46148 ≡ 33·96·1 ≡ 64 (mod 97)

Antwort

46148 mod 97 = 64
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · Trifft in jedem Schritt die lokal beste Wahl

Warum das die Antwort ist

Greedy-Algorithmen sind schnell und für manche Probleme optimal (z. B. Dijkstra, Huffman-Codierung), aber nicht im Allgemeinen (z. B. Wechselgeldproblem bei manchen Münzsystemen).

Antwort

D · Trifft in jedem Schritt die lokal beste Wahl
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: B · O(n) Zeit und O(1) Speicher

Warum das die Antwort ist

Jeder Schritt braucht nur die beiden vorherigen Werte, daher kann die Tabelle der Bottom-up-Methode durch zwei Variablen ersetzt werden.

Antwort

B · O(n) Zeit und O(1) Speicher
11.Datenstrukturen

Antwort: B · Verkettung (Separate Chaining)

Warum das die Antwort ist

Beim Chaining gibt es pro Bucket eine verkettete Liste (oder eine andere Struktur); offene Adressierung sucht einen anderen freien Platz in der Tabelle selbst.

Antwort

B · Verkettung (Separate Chaining)
12.Datenstrukturen

Antwort: A · Eine Hashmap kombiniert mit einer doppelt verketteten Liste

Warum das die Antwort ist

Die Hashmap findet Knoten in O(1), und die doppelt verkettete Liste verschiebt zugegriffene Elemente nach vorne und entfernt hinten in O(1).

Antwort

A · Eine Hashmap kombiniert mit einer doppelt verketteten Liste
13.Graphentheorie

Antwort: L = 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.

Handschlaglemma für einen Baum

L + 16 = 2(L + 4) − 2
L = 10

Antwort

L = 10

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

14.Graphentheorie

Antwort: d(F) = 25

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): B: 7, C: 11
B (7): D: 22, G: 17
C (11): E: 21
G (17): E: 19
E (19): D: 21, F: 30
D (21): F: 25
F (25)

Kürzester Weg

A → B → G → E → D → F
d(F) = 25

Antwort

d(F) = 25
15.Datenbanken & SQL

Antwort: B · Das Lesen von Daten, die eine andere, noch nicht festgeschriebene Transaktion geschrieben hat

Warum das die Antwort ist

Ein Dirty Read sieht nicht festgeschriebene Änderungen, die rückgängig gemacht werden könnten; er ist nur auf der Stufe Read Uncommitted möglich.

Antwort

B · Das Lesen von Daten, die eine andere, noch nicht festgeschriebene Transaktion geschrieben hat
16.Datenbanken & SQL

Antwort: A · Hash Join

Warum das die Antwort ist

Ein Hash Join baut eine Hashtabelle über eine Eingabe und sondiert sie mit der anderen, was für große Equi-Joins ohne Indexe gut funktioniert.

Antwort

A · Hash Join
17.Rechnernetze

Antwort: D · Mit Cookies, die eine Sitzungs-ID oder ein Token enthalten

Warum das die Antwort ist

Der Server setzt ein Cookie mit einer Sitzungs-ID oder einem Token, und der Browser schickt es bei jeder Anfrage mit, sodass der Server den Nutzer wiedererkennt.

Antwort

D · Mit Cookies, die eine Sitzungs-ID oder ein Token enthalten
18.Rechnernetze

Antwort: D · Opfer senden den Verkehr für das Gateway an den Angreifer, was einen Man-in-the-Middle-Angriff ermöglicht

Warum das die Antwort ist

ARP-Spoofing vergiftet die ARP-Caches der Hosts mit der MAC des Angreifers für die Gateway-IP. Der Angreifer kann dann Verkehr mitlesen, verändern oder verwerfen; Dynamic ARP Inspection hilft dagegen.

Antwort

D · Opfer senden den Verkehr für das Gateway an den Angreifer, was einen Man-in-the-Middle-Angriff ermöglicht
19.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 96

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).

Blockgröße

24 = 16

Subnetz Nummer 7

Netz: (7 − 1)·16 = 96
Broadcast: 96 + 16 − 1 = 111

Antwort

x = 96
20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 191

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

26 = 64

Subnetz dieses Hosts

Netz: ⌊134/64⌋·64 = 128
Broadcast: 128 + 64 − 1 = 191
nutzbare Hosts: 129 … 190

Antwort

x = 191

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