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
8-Bit-Zweierkomplement0−12806403201608040201

Setze die Bits so, dass sie −102 im 8-Bit-Zweierkomplement speichern. Welchen Wert U hat das Muster, wenn man es als vorzeichenlose Zahl liest?

N = −1028 bit
U =
2.ZahlensystemeSchwer
4541 Codes, b = ? Bit?2ᵇ⁻¹…?4?2?1

Ein System muss jedem von 4541 Elementen einen eigenen Binärcode gleicher Länge geben. Wie viele Bits b braucht es mindestens?

4541
b = bit
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
TautologieKontradiktionKontingenz

Ist ¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a) eine Tautologie, eine Kontradiktion oder eine Kontingenz? Klicke deine Antwort an.

¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a)
  1. 1Tautologie
  2. 2Kontradiktion
  3. 3Kontingenz
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
qrr → qqr11100100

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

r → qq∴ r
  1. 1q = 1, r = 1
  2. 2q = 1, r = 0
  3. 3q = 0, r = 1
  4. 4q = 0, r = 0
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABC00011110011011030214051716

Bestimme mit dem Karnaugh-Diagramm das minimale Produkt von Summen (POS) von F(A, B, C) = Σm(0, 1, 4, 6, 7). Wie viele Summenterme (Faktoren) N hat es?

F(A, B, C) = Σm(0, 1, 4, 6, 7)
N =
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
ABCD000111100001111000X1131204X507061121131150141819011010

Bestimme für F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 8, 9, 12, 13, 15) + d(1, 5), wobei d die Don’t-Care-Bedingungen kennzeichnet, die Anzahl N der wesentlichen Primimplikanten.

F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 8, 9, 12, 13, 15) + d(1, 5)
N =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme die Eulersche φ-Funktion φ(1444), die Anzahl der ganzen Zahlen von 1 bis 1444, die zu 1444 teilerfremd sind.

n = 1444 = 22·192
φ(1444) =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer
20c = me​ mod n?m = cd​ mod nm(n, e) = (299, 17)d

Verschlüssele die Nachricht m = 20 mit dem öffentlichen RSA-Schlüssel (n, e) = (299, 17). Bestimme den Geheimtext c.

n = 299e = 17m = 20
c =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Eine Funktion führt eine Schleife mit n Iterationen und danach, getrennt davon, eine weitere Schleife mit n Iterationen aus. Welche Zeitkomplexität hat sie?

  1. AO(2ⁿ)
  2. BO(log n)
  3. CO(n)
  4. DO(n²)
10.Algorithmen & KomplexitätSchwer

Nach dem Master-Theorem hat T(n) = 8T(n/2) + O(n²) die Lösung:

  1. AΘ(n² log n)
  2. BΘ(n³)
  3. CΘ(n²)
  4. DΘ(n log n)
11.DatenstrukturenMittel

Wozu dient ein Sentinel-Knoten (Dummy-Knoten) in einer verketteten Liste?

  1. AEr vereinfacht den Code, weil Sonderfälle am Kopf oder Ende wegfallen
  2. BUm zu verhindern, dass die Liste über eine feste Höchstzahl von Knoten hinauswächst
  3. CEr speichert die Anzahl der Elemente
  4. DEr hält die Liste sortiert
12.DatenstrukturenSchwer

Was macht ein Splay-Baum nach jedem Zugriff?

  1. AEr verschiebt den zugegriffenen Knoten zu einem Blatt
  2. BEr färbt die Knoten auf dem Suchpfad um
  3. CEr baut den ganzen Baum in balancierter Form neu auf
  4. DEr rotiert den zugegriffenen Knoten bis zur Wurzel hoch
13.GraphentheorieMittel

Ein zusammenhängender Graph hat 9 Knoten und 12 Kanten. Wie viele Kanten k müssen entfernt werden, damit ein aufspannender Baum übrig bleibt?

|V| = 9|E| = 12
k =
14.GraphentheorieSchwer
415142441091211ABCDEFG

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

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

Was bietet eine Common Table Expression (WITH name AS (...))?

  1. AEine dauerhafte Tabelle, die auf der Festplatte gespeichert bleibt, bis sie mit DROP gelöscht wird
  2. BEin benanntes temporäres Ergebnis, das innerhalb einer Anweisung verwendet werden kann
  3. CEinen Index auf einer Spalte
  4. DEinen neuen Datenbankbenutzer
16.Datenbanken & SQLSchwer

Was liefert folgende Abfrage: SELECT name FROM students WHERE grade > (SELECT AVG(grade) FROM students)?

  1. AStudierende mit einer Note über dem Notendurchschnitt
  2. BDen Notendurchschnitt aller Studierenden
  3. CEinen Fehler, weil Unterabfragen in WHERE nicht erlaubt sind
  4. DNur die Studierenden mit der höchsten Note
17.RechnernetzeMittel

Warum nutzt Wi-Fi Kollisionsvermeidung (CSMA/CA) statt Kollisionserkennung?

  1. AFunksignale kollidieren nie
  2. BWi-Fi erlaubt nur ein Gerät pro Netzwerk
  3. CKollisionserkennung funktioniert nur auf Glasfaserkabeln, nicht auf gemeinsam genutzten Funkkanälen
  4. DEine Funkstation kann Kollisionen während des Sendens nicht zuverlässig erkennen
18.RechnernetzeSchwer

Wie hoch ist nach der Nyquist-Formel die maximale Bitrate eines rauschfreien 3-kHz-Kanals mit 4 Signalstufen?

  1. A24 kbit/s
  2. B12 kbit/s
  3. C3 kbit/s
  4. D6 kbit/s
19.IPv4-SubnettingMittel
/?11111111111111111111100000000000NetzbitsHostbits

Eine Abteilung braucht 1120 Hostadressen in einem einzigen Subnetz. Welche ist die längste Präfixlänge p (kleinstes Subnetz), die groß genug ist?

1120 hosts
p =
20.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 6012806403201608141201NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.238.6/25. Welches ist das vierte Oktett x der letzten nutzbaren Hostadresse in seinem Subnetz?

10.20.238.6/25
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: U = 154

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

102 = 0110 0110
invertiert: 1001 1001
+1 → 1001 1010

Vorzeichenlos lesen

1001 1010₂ = 256 − 102 = 154

Antwort

U = 154
2.Zahlensysteme

Antwort: b = 13 bit

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.

Zweierpotenzen

212 = 4096 < 4541
213 = 8192 ≥ 4541

Antwort

b = 13
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: Tautologie

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

a = 1, c = 1: c ∧ a = 1, ¬(c ∧ a) = 0, ¬c = 0, ¬a = 0, ¬c ∨ ¬a = 0, ¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a) = 1
a = 1, c = 0: c ∧ a = 0, ¬(c ∧ a) = 1, ¬c = 1, ¬a = 0, ¬c ∨ ¬a = 1, ¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a) = 1
a = 0, c = 1: c ∧ a = 0, ¬(c ∧ a) = 1, ¬c = 0, ¬a = 1, ¬c ∨ ¬a = 1, ¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a) = 1
a = 0, c = 0: c ∧ a = 0, ¬(c ∧ a) = 1, ¬c = 1, ¬a = 1, ¬c ∨ ¬a = 1, ¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a) = 1

Einordnen

¬(c ∧ a) ↔ (¬c ∨ ¬a): 1, 1, 1, 1
In jeder Zeile 1: eine Tautologie.

Antwort

Tautologie
4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: q = 1, r = 0

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

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

Gegenbeispiel

q = 1, r = 0

Antwort

q = 1, r = 0

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: N = 2

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.

ABC00011110011011030214051716

Die Nullen zusammenfassen

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

(A + B′)
(A′ + B + C′)

Minimale POS-Form

F = (A + B′)(A′ + B + C′)
N = 2

Antwort

N = 2
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: N = 3

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, AC′, A′B′D, ABD, A′B′C
ABCD000111100001111000X1131204X507061121131150141819011010

Wesentliche Primimplikanten

AC′, ABD, A′B′C
N = 3

Antwort

N = 3
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: φ(1444) = 684

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

1444 = 22·192

φ-Wert

φ(1444) = φ(361)·φ(4) = 342·2 = 684

Antwort

φ(1444) = 684
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: c = 76

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

17 = 16 + 1
201 ≡ 20 (mod 299)
202 ≡ 101 (mod 299)
204 ≡ 35 (mod 299)
208 ≡ 29 (mod 299)
2016 ≡ 243 (mod 299)
2017 ≡ 20·243 ≡ 76 (mod 299)

Geheimtext

c = 76

Antwort

c = 76
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: C · O(n)

Warum das die Antwort ist

n + n = 2n, und konstante Faktoren fallen weg, also ist die Funktion O(n).

Antwort

C · O(n)
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: B · Θ(n³)

Warum das die Antwort ist

log₂ 8 = 3, und n² wächst langsamer als n³, daher dominieren die Blätter: Θ(n³).

Antwort

B · Θ(n³)
11.Datenstrukturen

Antwort: A · Er vereinfacht den Code, weil Sonderfälle am Kopf oder Ende wegfallen

Warum das die Antwort ist

Mit einem Sentinel hat jeder echte Knoten einen Vorgänger, daher braucht Einfügen oder Löschen am Kopf keine Sonderbehandlung.

Antwort

A · Er vereinfacht den Code, weil Sonderfälle am Kopf oder Ende wegfallen
12.Datenstrukturen

Antwort: D · Er rotiert den zugegriffenen Knoten bis zur Wurzel hoch

Warum das die Antwort ist

Splaying bringt den zugegriffenen Knoten durch Rotationen in die Wurzel; eine einzelne Operation kann O(n) kosten, aber die amortisierten Kosten betragen O(log n).

Antwort

D · Er rotiert den zugegriffenen Knoten bis zur Wurzel hoch
13.Graphentheorie

Antwort: k = 4

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

9 − 1 = 8

Zu entfernende Kanten

k = 12 − 8 = 4

Antwort

k = 4
14.Graphentheorie

Antwort: d(D) = 20

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: 4
C (4): E: 18, G: 13
G (13): B: 23, D: 25
E (18): D: 20, F: 22
D (20)
F (22)
B (23)

Kürzester Weg

A → C → E → D
d(D) = 20

Antwort

d(D) = 20
15.Datenbanken & SQL

Antwort: B · Ein benanntes temporäres Ergebnis, das innerhalb einer Anweisung verwendet werden kann

Warum das die Antwort ist

Eine CTE gibt einer Unterabfrage einen Namen, was komplexe Abfragen lesbarer macht, und kann in derselben Anweisung mehrfach referenziert werden.

Antwort

B · Ein benanntes temporäres Ergebnis, das innerhalb einer Anweisung verwendet werden kann
16.Datenbanken & SQL

Antwort: A · Studierende mit einer Note über dem Notendurchschnitt

Warum das die Antwort ist

Die skalare Unterabfrage berechnet den Durchschnitt, und die äußere Abfrage behält die Studierenden darüber.

Antwort

A · Studierende mit einer Note über dem Notendurchschnitt
17.Rechnernetze

Antwort: D · Eine Funkstation kann Kollisionen während des Sendens nicht zuverlässig erkennen

Warum das die Antwort ist

Ein Funksender kann beim Senden andere schwache Signale nicht hören, und manche Stationen sind füreinander verdeckt. Daher wartet 802,11 zufällige Backoff-Zeiten ab und nutzt Bestätigungen.

Antwort

D · Eine Funkstation kann Kollisionen während des Sendens nicht zuverlässig erkennen
18.Rechnernetze

Antwort: B · 12 kbit/s

Warum das die Antwort ist

2 × 3000 × log₂ 4 = 2 × 3000 × 2 = 12,000 Bit/s. Mehr Stufen erhöhen die Rate, doch Rauschen begrenzt, wie viele sich unterscheiden lassen.

Antwort

B · 12 kbit/s
19.IPv4-Subnetting

Antwort: p = 21

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

210 − 2 = 1022 < 1120
211 − 2 = 2046 ≥ 1120 → h = 11

Präfixlänge

p = 32 − 11 = 21

Antwort

p = /21
20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 126

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

27 = 128

Subnetz dieses Hosts

Netz: ⌊6/128⌋·128 = 0
Broadcast: 0 + 128 − 1 = 127
nutzbare Hosts: 1 … 126

Antwort

x = 126

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