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 Zweierkomplement1−12816413211608140211

Das 8-Bit-Muster 1111 0101 speichert eine vorzeichenbehaftete Ganzzahl im Zweierkomplement. Welchen Wert N hat sie im Dezimalsystem?

1111 01018 bit
N =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 0011 0110 AND 1011 0100. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

0011 0110AND1011 0100
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
¬r ∨ p¬r → ¬pr ∨ ¬p¬r ∧ p

Welche Formel ist logisch äquivalent zu r → p? Klicke sie an.

r → p
  1. 1¬r ∨ p
  2. 2¬r → ¬p
  3. 3r ∨ ¬p
  4. 4¬r ∧ p
4.Aussagenlogik & BeweiseSchwer
∃x (A(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))∃x (¬A(x) ∧ ∃y R(x, y))∃x (A(x) → ∀y ¬R(x, y))∀x (A(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))

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

¬∀x (A(x) → ∃y R(x, y))
  1. 1∃x (A(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
  2. 2∃x (¬A(x) ∧ ∃y R(x, y))
  3. 3∃x (A(x) → ∀y ¬R(x, y))
  4. 4∀x (A(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
MUX1I0​1I1​C′I2​1I3​ABS1​S0​F

Ein 4-zu-1-Multiplexer hat die Auswahleingänge S₁ = A und S₀ = B, und seine Dateneingänge liegen auf I₀ = 1, I₁ = 1, I₂ = C′, I₃ = 1. Für wie viele der 8 Kombinationen von A, B und C ist der Ausgang F = 1? Bestimme N.

I₀ = 1I₁ = 1I₂ = C′I₃ = 1
N =
6.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsSchwer
CLKJK12345678

Ein flankengesteuertes JK-Flipflop (positive Flanke) startet mit Q = 0 und erhält die gezeigten Eingänge. Klicke die erste Taktflanke an, bei der Q von 1 wieder auf 0 geht.

Q₀ = 0JK
  1. 1Taktflanke 1
  2. 2Taktflanke 2
  3. 3Taktflanke 3
  4. 4Taktflanke 4
  5. 5Taktflanke 5
  6. 6Taktflanke 6
  7. 7Taktflanke 7
  8. 8Taktflanke 8
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme die kleinste positive ganze Zahl x mit x ≡ 2 (mod 5) und x ≡ 4 (mod 9).

x ≡ 2 (mod 5)x ≡ 4 (mod 9)
x =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer

Bestimme 64126 mod 83 durch wiederholtes Quadrieren.

a = 64k = 126n = 83
64126 mod 83 =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Ein Greedy-Algorithmus:

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

Wie wird das Problem des Handlungsreisenden (TSP) eingeordnet?

  1. ADie Entscheidungsversion liegt in P, aber die Optimierungsversion ist NP-vollständig
  2. BEs ist unentscheidbar
  3. CDie Entscheidungsversion ist NP-vollständig, die Optimierungsversion NP-schwer
  4. DEs liegt in P, weil der Dijkstra-Algorithmus es löst, indem er jede Stadt einmal besucht
11.DatenstrukturenMittel

Wie wird ein neues Element in einen binären Heap eingefügt?

  1. AAns Ende des Arrays setzen und nach oben wandern lassen (sift-up), solange es die Heap-Eigenschaft verletzt
  2. BAn der sortierten Position einfügen, indem alle größeren Elemente um eine Stelle nach rechts verschoben werden
  3. CDen ganzen Heap von Grund auf neu aufbauen
  4. DIn die Wurzel setzen und nach unten wandern lassen
12.DatenstrukturenSchwer

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

  1. ADen Puffer immer leeren, wenn front gleich rear ist, sodass der Zustand leer ist
  2. BDie Puffergröße zu einer Zweierpotenz machen
  3. CEinen separaten Elementzähler führen oder immer einen Platz frei lassen
  4. DFront und rear in derselben Variablen speichern
13.GraphentheorieMittel
ABCDEFGEuler-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| = 7|E| = 8
  1. 1Euler-Kreis
  2. 2Euler-Weg, kein Kreis
  3. 3keines von beiden
14.GraphentheorieSchwer
3417138120115ABCDEFG

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

|V| = 7|E| = 9
W =
15.Datenbanken & SQLMittel

Eine View (Sicht) in SQL ist:

  1. AEine gespeicherte Abfrage, die sich wie eine virtuelle Tabelle verhält
  2. BEin Indextyp
  3. CEine Kopie einer Tabelle auf der Festplatte
  4. DEin Bildschirm im Datenbank-Client zum Durchsuchen von Tabellen
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. ALöschanomalie
  2. BLost Update (verlorene Änderung)
  3. CPhantom Read
  4. DDirty Read
17.RechnernetzeMittel

In welcher Reihenfolge laufen die Nachrichten üblicherweise ab, wenn ein Client eine Adresse per DHCP erhält?

  1. ARequest, Offer, Discover, Acknowledge
  2. BOffer, Discover, Acknowledge, Request
  3. CDiscover, Offer, Request, Acknowledge
  4. DDiscover, Request, Offer, Acknowledge
18.RechnernetzeSchwer

Was leistet der Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch für sich allein, und was ist seine Schwäche?

  1. AEr signiert Zertifikate für Websites, funktioniert aber nur mit kurzen Schlüsseln
  2. BEr vereinbart ein gemeinsames Geheimnis über einen öffentlichen Kanal, ist allein aber anfällig für einen Man-in-the-Middle
  3. CEr authentifiziert beide Nutzer mit Passwörtern, braucht aber einen zentralen Server
  4. DEr verschlüsselt Massendaten direkt über einen öffentlichen Kanal, ist aber für große Dateien und Video viel zu langsam
19.IPv4-SubnettingMittel
/16 → /2111111111111111111111100000000000NetzbitsHostbits

Das Netz 172.27.0.0/16 wird in gleich große Subnetze mit dem Präfix /21 aufgeteilt. Wie viele Subnetze N gibt es?

172.27.0.0/16/21
N =
20.IPv4-SubnettingSchwer

Das Netz 192.168.126.0/24 wird mit VLSM für diese LANs aufgeteilt: A: 4 Hosts, B: 11 Hosts, C: 6 Hosts, D: 29 Hosts, E: 18 Hosts. Die Subnetze werden ab .0 aufwärts vergeben, das LAN mit den meisten Hosts zuerst, jedes mit dem kleinsten passenden Subnetz. Wie lautet das vierte Oktett x der Netzadresse von LAN B?

A: 4B: 11C: 6D: 29E: 18
x =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: N = −11

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 + 64 + 32 + 16 + 4 + 1 = −11

Antwort

N = −11
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 52

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

AND ergibt nur dort 1, wo beide Bits 1 sind.

0011 0110
AND 1011 0100
= 0011 0100

Wert des Ergebnisses

0011 0100₂ = 52

Antwort

R = 52
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ¬r ∨ p

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

a → b ist nur 0, wenn a = 1 und b = 0, also dasselbe wie ¬a ∨ b.
r → p ≡ ¬r ∨ p

Mit der Wahrheitstafel prüfen

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

Antwort

¬r ∨ p

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

4.Aussagenlogik & Beweise

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

Antwort

∃x (A(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: N = 7

Multiplexer: Ein 2ⁿ-zu-1-Multiplexer schaltet einen seiner Dateneingänge auf den Ausgang durch; die als Binärzahl gelesenen Auswahlleitungen bestimmen, welchen. Bei einem 4-zu-1-MUX mit den Auswahleingängen S₁S₀ = AB gilt F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Legt man die Dateneingänge auf 0, 1, C oder C′, erzeugt der MUX jede Funktion von A, B und C, was ein gängiger Weg ist, Logik mit einem Baustein aufzubauen.

Ausgangsausdruck

F = A′B′ + A′B + AB′C′ + AB

Zeilen mit F = 1

ABC = 000, 001, 010, 011, 100, 110, 111
N = 7

Antwort

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

Antwort: Taktflanke 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.

Q nach jeder Flanke

Ein JK-Flipflop: 00 hält, 01 setzt zurück (Q = 0), 10 setzt (Q = 1), 11 kippt.

1: J = 0, K = 1 → Q = 0
2: J = 0, K = 0 → Q = 0
3: J = 0, K = 0 → Q = 0
4: J = 0, K = 1 → Q = 0
5: J = 1, K = 1 → Q = 1
6: J = 0, K = 0 → Q = 1
7: J = 1, K = 1 → Q = 0
8: J = 0, K = 0 → Q = 0

Erster Wechsel von 1 auf 0

Taktflanke 7

Antwort

Taktflanke 7
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: x = 22

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 = 2 + 5k

Zweite Kongruenz

2 + 5k ≡ 4 (mod 9) → 5k ≡ 2 (mod 9)
k ≡ 2·2 ≡ 4 (mod 9)

Ergebnis

x = 2 + 5·4 = 22
x = 22
Probe: 22 mod 5 = 2, 22 mod 9 = 4

Antwort

x = 22
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 64126 mod 83 = 30

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

126 = 11111102 = 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2

Wiederholtes Quadrieren

641 ≡ 64 (mod 83)
642 ≡ 29 (mod 83)
644 ≡ 11 (mod 83)
648 ≡ 38 (mod 83)
6416 ≡ 33 (mod 83)
6432 ≡ 10 (mod 83)
6464 ≡ 17 (mod 83)

Die nötigen Potenzen multiplizieren

64126 ≡ 29·11·38·33·10·17 ≡ 30 (mod 83)

Antwort

64126 mod 83 = 30
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: C · 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

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

Antwort: C · Die Entscheidungsversion ist NP-vollständig, die Optimierungsversion NP-schwer

Warum das die Antwort ist

„Gibt es eine Rundreise der Länge höchstens k?" ist NP-vollständig; die kürzeste Rundreise zu finden ist NP-schwer, da es mindestens ebenso schwer ist.

Antwort

C · Die Entscheidungsversion ist NP-vollständig, die Optimierungsversion NP-schwer
11.Datenstrukturen

Antwort: A · Ans Ende des Arrays setzen und nach oben wandern lassen (sift-up), solange es die Heap-Eigenschaft verletzt

Warum das die Antwort ist

Das Hinzufügen am Ende hält den Baum vollständig; das Vertauschen mit dem Elternknoten stellt die Ordnung in O(log n) Schritten wieder her.

Antwort

A · Ans Ende des Arrays setzen und nach oben wandern lassen (sift-up), solange es die Heap-Eigenschaft verletzt
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: keines von beiden

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) = 1, deg(B) = 4, deg(C) = 2, deg(D) = 3, deg(E) = 1, deg(F) = 2, deg(G) = 3

Ungerade Knoten

A, D, E, G → 4
keines von beiden

Antwort

keines von beiden
14.Graphentheorie

Antwort: W = 38

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

GB (1): nehmen
AB (3): nehmen
BD (4): nehmen
GE (5): nehmen
EF (8): nehmen
GD (11): überspringen, schließt einen Kreis
DE (13): überspringen, schließt einen Kreis
CE (17): nehmen

Gesamtgewicht

W = 1 + 3 + 4 + 5 + 8 + 17 = 38

Antwort

W = 38
15.Datenbanken & SQL

Antwort: A · Eine gespeicherte Abfrage, die sich wie eine virtuelle Tabelle verhält

Warum das die Antwort ist

Eine View speichert eine SELECT-Anweisung; beim Abfragen wird die zugrunde liegende Abfrage ausgeführt (materialisierte Views speichern das Ergebnis).

Antwort

A · Eine gespeicherte Abfrage, die sich wie eine virtuelle Tabelle verhält
16.Datenbanken & SQL

Antwort: B · 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

B · Lost Update (verlorene Änderung)
17.Rechnernetze

Antwort: C · Discover, Offer, Request, Acknowledge

Warum das die Antwort ist

Der Client sendet Discover als Broadcast, Server antworten mit Offers, der Client fordert mit Request ein Angebot an, und der gewählte Server bestätigt mit Acknowledge.

Antwort

C · Discover, Offer, Request, Acknowledge
18.Rechnernetze

Antwort: B · Er vereinbart ein gemeinsames Geheimnis über einen öffentlichen Kanal, ist allein aber anfällig für einen Man-in-the-Middle

Warum das die Antwort ist

Mit Diffie-Hellman leiten zwei Parteien dasselbe Geheimnis ab, das Lauscher nicht berechnen können. Ein Angreifer in der Mitte kann mit jeder Seite getrennte Austausche durchführen, sofern die Werte nicht signiert oder anderweitig authentifiziert sind.

Antwort

B · Er vereinbart ein gemeinsames Geheimnis über einen öffentlichen Kanal, ist allein aber anfällig für einen Man-in-the-Middle
19.IPv4-Subnetting

Antwort: N = 32

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

21 − 16 = 5

Anzahl der Subnetze

N = 25 = 32

Antwort

N = 32

Jedes /21-Subnetz hat 211 − 2 = 2046 nutzbare Hosts.

20.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 64

VLSM: Jedes LAN erhält das kleinste Subnetz mit 2ʰ − 2 ≥ seiner Hostzahl, also das Präfix 32 − h. Vergibt man die größten Subnetze zuerst, liegt jeder Block auf einem Vielfachen seiner eigenen Größe, und die Netzadressen ergeben sich durch Addieren der Blockgrößen.

Blockgröße pro LAN

D: 29 Hosts → 25 = 32 (/27)
E: 18 Hosts → 25 = 32 (/27)
B: 11 Hosts → 24 = 16 (/28)
C: 6 Hosts → 23 = 8 (/29)
A: 4 Hosts → 23 = 8 (/29)

Vergabe, größte zuerst

D: .0 – .31
E: .32 – .63
B: .64 – .79
C: .80 – .87
A: .88 – .95

Antwort

x = 64

LAN B: 192.168.126.64/28.

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