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-Zweierkomplement0−12806403201608040201

Setze die Bits so, dass sie −24 im 8-Bit-Zweierkomplement speichern. Welchen Wert U hat das Muster, wenn man es als vorzeichenlose Zahl liest?

N = −248 bit
U =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 1001 1000 >> 2. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

1001 1000>> 2
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
¬(a ∨ b) ∧ ¬c¬(a ∨ b) ∧ ¬¬c(a ∨ b) ∧ ¬¬c¬(a ∨ b) → ¬¬c

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

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

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

¬∀x (P(x) → ∃y R(x, y))
  1. 1∀x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
  2. 2∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
  3. 3∃x (P(x) → ∀y ¬R(x, y))
  4. 4∃x (¬P(x) ∧ ∃y R(x, y))
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(3, 4, 6, 7, 9, 12)
  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​CLKDOWN

Ein 4-Bit-Binär-Abwärtszähler startet bei 13 (dezimal, Q = 1101). Welchen Zählerstand Q (dezimal) zeigt er nach 38 Taktimpulsen?

Q0 = 1338n = 4
Q =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme die kleinste positive ganze Zahl x mit x ≡ 3 (mod 5) und x ≡ 7 (mod 11).

x ≡ 3 (mod 5)x ≡ 7 (mod 11)
x =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer
mc = me​ mod n30m = cd​ mod n?(n, e) = (221, 7)d

Ein RSA-Schlüssel verwendet p = 13, q = 17 und e = 7. Entschlüssele den Geheimtext c = 30: Bestimme die Nachricht m.

p = 13q = 17e = 7c = 30
m =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Welche Laufzeit hat LSD-Radixsort für n ganze Zahlen mit d Ziffern zur Basis k?

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

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

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

Welche Datenstruktur verwendet die Tiefensuche (DFS) in der iterativen Variante?

  1. ANur eine Hashtabelle
  2. BEinen Stack
  3. CEinen Heap
  4. DEine Queue
12.DatenstrukturenSchwer

Was macht ein Splay-Baum nach jedem Zugriff?

  1. AEr verschiebt den zugegriffenen Knoten zu einem Blatt
  2. BEr baut den ganzen Baum in balancierter Form neu auf
  3. CEr färbt die Knoten auf dem Suchpfad um
  4. DEr rotiert den zugegriffenen Knoten bis zur Wurzel hoch
13.GraphentheorieMittel
ABCDEFEuler-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| = 6|E| = 9
  1. 1Euler-Kreis
  2. 2Euler-Weg, kein Kreis
  3. 3keines von beiden
14.GraphentheorieSchwer
9146781812154ABCDEFG

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 liefert SELECT COALESCE(phone, 'unknown') FROM customers für einen Kunden, dessen phone NULL ist?

  1. AEinen Fehler
  2. B'unknown'
  3. CNULL
  4. DEine leere Zeichenkette
16.Datenbanken & SQLSchwer

Was ist ein bekannter Nachteil der Zerlegung von Tabellen in BCNF im Vergleich zur 3NF?

  1. ABCNF-Tabellen können keine Primärschlüssel haben
  2. BBCNF erlaubt mehr Redundanz als 3NF
  3. CDie Zerlegung verliert beim erneuten Verbinden immer Daten
  4. DManche funktionalen Abhängigkeiten lassen sich nicht mehr innerhalb einer einzigen Tabelle prüfen
17.RechnernetzeMittel

Warum wird UDP bei Live-Videoanrufen oft bevorzugt?

  1. AUDP verschlüsselt Daten automatisch
  2. BUDP garantiert, dass jedes Paket ankommt, sodass das Bild nie einfriert
  3. CUDP ist für alle Videos vorgeschrieben
  4. DGeringe Verzögerung ist wichtiger als die Neuübertragung jedes verlorenen Pakets
18.RechnernetzeSchwer

Die „Slow Start“-Phase der TCP-Überlastkontrolle:

  1. AWird nur von UDP verwendet
  2. BHält das Fenster fest bei einem Segment
  3. CHalbiert das Überlastfenster mit jeder Round Trip, bis ein Paketverlust erkannt wird
  4. DVergrößert das Überlastfenster exponentiell bis zu einem Schwellenwert oder einem Verlust
19.IPv4-SubnettingMittel
/24 → /2711111111111111111111111111100000NetzbitsHostbits

Das Netz 10.97.8.0/24 wird in gleich große Subnetze mit dem Präfix /27 aufgeteilt. Wie viele Subnetze N gibt es?

10.97.8.0/24/27
N =
20.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 235112816413201618041211NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.79.235/27. Welches ist das vierte Oktett x der letzten nutzbaren Hostadresse in seinem Subnetz?

10.20.79.235/27
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: U = 232

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

24 = 0001 1000
invertiert: 1110 0111
+1 → 1110 1000

Vorzeichenlos lesen

1110 1000₂ = 256 − 24 = 232

Antwort

U = 232
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 38

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

Das Rechtsschieben um 2 verschiebt jedes Bit um 2 Stellen nach rechts; Bits, die am rechten Ende herausfallen, gehen verloren, und links kommen Nullen nach.

1001 1000 >> 2
= 0010 0110

Wert des Ergebnisses

0010 0110₂ = 38

Antwort

R = 38
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: (a ∨ b) ∧ ¬¬c

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 = a ∨ b, b = ¬c

Negation der Implikation

¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = (a ∨ b) ∧ ¬¬c

Antwort

(a ∨ b) ∧ ¬¬c

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

4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))

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

Antwort

∃x (P(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))

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 = 10, CD = 01

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.

m9: m8, m11, m13, m1 → 0
ABCD0001111000011110111111

Die isolierte 1

m9 = AB′C′D → AB = 10, CD = 01

Antwort

AB = 10, CD = 01
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & Flipflops

Antwort: Q = 7

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.

38 = 2·16 + 6

Zählerstand nach den restlichen Impulsen

Q = (13 − 6) mod 16 = 7
Q = 0111₂

Antwort

Q = 7
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: x = 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).

Erste Kongruenz

x = 3 + 5k

Zweite Kongruenz

3 + 5k ≡ 7 (mod 11) → 5k ≡ 4 (mod 11)
k ≡ 9·4 ≡ 3 (mod 11)

Ergebnis

x = 3 + 5·3 = 18
x = 18
Probe: 18 mod 5 = 3, 18 mod 11 = 7

Antwort

x = 18
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: m = 4

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 = 221, φ(n) = 192
d = 7−1 mod 192 = 55

Durch wiederholtes Quadrieren entschlüsseln

55 = 32 + 16 + 4 + 2 + 1
301 ≡ 30 (mod 221)
302 ≡ 16 (mod 221)
304 ≡ 35 (mod 221)
308 ≡ 120 (mod 221)
3016 ≡ 35 (mod 221)
3032 ≡ 120 (mod 221)
3055 ≡ 30·16·35·35·120 ≡ 4 (mod 221)

Nachricht

m = 4
Probe: 47 mod 221 = 30

Antwort

m = 4
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · O(d(n + k))

Warum das die Antwort ist

Jeder der d Durchläufe ist ein Countingsort mit Kosten O(n + k), also ist der Gesamtaufwand bei festen d und k linear in n.

Antwort

D · O(d(n + k))
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: A · 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

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

Antwort: B · Einen Stack

Warum das die Antwort ist

DFS geht so tief wie möglich und nutzt daher natürlicherweise einen Stack (oder den Aufrufstack der Rekursion); BFS verwendet eine Queue.

Antwort

B · Einen Stack
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: Euler-Weg, kein Kreis

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) = 2, deg(B) = 4, deg(C) = 3, deg(D) = 3, deg(E) = 4, deg(F) = 2

Ungerade Knoten

C, D → 2
Euler-Weg, kein Kreis

Antwort

Euler-Weg, kein Kreis

Der Euler-Weg beginnt an einem ungeraden Knoten und endet am anderen.

14.Graphentheorie

Antwort: d(F) = 17

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: 9, C: 14
B (9): D: 16, G: 21
C (14)
D (16): E: 24, F: 17
F (17)
G (21)
E (24)

Kürzester Weg

A → B → D → F
d(F) = 17

Antwort

d(F) = 17
15.Datenbanken & SQL

Antwort: B · 'unknown'

Warum das die Antwort ist

COALESCE prüft seine Argumente von links nach rechts und liefert das erste, das nicht NULL ist, hier 'unknown'.

Antwort

B · 'unknown'
16.Datenbanken & SQL

Antwort: D · Manche funktionalen Abhängigkeiten lassen sich nicht mehr innerhalb einer einzigen Tabelle prüfen

Warum das die Antwort ist

Eine verlustfreie BCNF-Zerlegung existiert immer, sie muss aber nicht abhängigkeitserhaltend sein; eine 3NF-Zerlegung kann immer sowohl verlustfrei als auch abhängigkeitserhaltend sein.

Antwort

D · Manche funktionalen Abhängigkeiten lassen sich nicht mehr innerhalb einer einzigen Tabelle prüfen
17.Rechnernetze

Antwort: D · Geringe Verzögerung ist wichtiger als die Neuübertragung jedes verlorenen Pakets

Warum das die Antwort ist

Die Neuübertragung verlorener Pakete würde Verzögerung verursachen; Echtzeitmedien tolerieren etwas Verlust, daher werden UDP-basierte Protokolle wie RTP verwendet.

Antwort

D · Geringe Verzögerung ist wichtiger als die Neuübertragung jedes verlorenen Pakets
18.Rechnernetze

Antwort: D · Vergrößert das Überlastfenster exponentiell bis zu einem Schwellenwert oder einem Verlust

Warum das die Antwort ist

Slow Start vergrößert das Überlastfenster exponentiell; nach dem Schwellenwert wächst es bei der Überlastvermeidung (Congestion Avoidance) linear, und ein Verlust verkleinert es.

Antwort

D · Vergrößert das Überlastfenster exponentiell bis zu einem Schwellenwert oder einem Verlust
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 = 254

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

25 = 32

Subnetz dieses Hosts

Netz: ⌊235/32⌋·32 = 224
Broadcast: 224 + 32 − 1 = 255
nutzbare Hosts: 225 … 254

Antwort

x = 254

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