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 Zweierkomplement1−12806403201618041211

Das 8-Bit-Muster 1000 1011 speichert eine vorzeichenbehaftete Ganzzahl im Zweierkomplement. Welchen Wert N hat sie im Dezimalsystem?

1000 10118 bit
N =
2.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 1111 0100 OR 0010 0110. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

1111 0100OR0010 0110
R =
3.Aussagenlogik & BeweiseMittel
(b ∧ a) ∨ (b ∧ c)(b ∧ a) ∨ cb ∨ (a ∧ c)(b ∨ a) ∧ (b ∨ c)

Welche Formel ist logisch äquivalent zu b ∧ (a ∨ c)? Klicke sie an.

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

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

¬∀x (P(x) → Q(x))
  1. 1∃x (¬P(x) ∧ Q(x))
  2. 2∃x (P(x) → ¬Q(x))
  3. 3∀x (P(x) ∧ ¬Q(x))
  4. 4∃x (P(x) ∧ ¬Q(x))
5.Digitaltechnik: Gatter, Karnaugh-Diagramme & FlipflopsMittel
ABCD000111100001111011111

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(1, 2, 5, 6, 8)
  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
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKJOHNSON

Ein 4-Bit-Johnson-Zähler Q₃Q₂Q₁Q₀ startet bei 0000. Bei jeder Taktflanke werden die Bits um eine Stelle nach rechts geschoben (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀), und Q₃ erhält das Inverse von Q₀. Gib den Zustand Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ nach 5 Taktflanken als Dezimalzahl an.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00005
Q =
7.Zahlentheorie & modulare ArithmetikMittel

Bestimme die kleinste positive ganze Zahl x mit x ≡ 1 (mod 5) und x ≡ 4 (mod 6).

x ≡ 1 (mod 5)x ≡ 4 (mod 6)
x =
8.Zahlentheorie & modulare ArithmetikSchwer

Bestimme 32189 mod 69 durch wiederholtes Quadrieren.

a = 32k = 189n = 69
32189 mod 69 =
9.Algorithmen & KomplexitätMittel

Wie viel Stack-Speicher braucht eine einfache rekursive Fakultätsfunktion fact(n) = n × fact(n − 1)?

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

Wie erkennt der Bellman-Ford-Algorithmus einen vom Startknoten erreichbaren Kreis mit negativem Gewicht?

  1. AEr führt den Dijkstra-Algorithmus zweimal aus und vergleicht die beiden Distanzergebnisse
  2. BEr prüft, ob irgendeine Kante ein negatives Gewicht hat
  3. CEr zählt die Kreise mit einer Tiefensuche
  4. DNach V − 1 Runden prüft er, ob sich noch eine Kante relaxieren lässt
11.DatenstrukturenMittel

Eine Queue wird mit zwei Stacks implementiert: push auf einen „in“-Stack und pop von einem „out“-Stack, der aus „in“ nachgefüllt wird, wenn er leer ist. Wie hoch sind die amortisierten Kosten pro Operation?

  1. AO(n²)
  2. BO(n)
  3. CO(1)
  4. DO(log n)
12.DatenstrukturenSchwer

Welche Eigenschaft hält jeden B-Baum perfekt balanciert?

  1. AJeder Knoten hat genau zwei Kinder
  2. BAlle Blätter liegen in derselben Tiefe
  3. CDie Schlüssel werden nur in der Wurzel gespeichert
  4. DJeder Knoten speichert einen Schlüssel
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| = 9
  1. 1Euler-Kreis
  2. 2Euler-Weg, kein Kreis
  3. 3keines von beiden
14.GraphentheorieSchwer
182017161114119ABCDEF

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

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

In der relationalen Algebra entspricht der Projektionsoperator (π):

  1. ADem Sortieren des Ergebnisses
  2. BDer Auswahl, welche Spalten im Ergebnis erscheinen
  3. CDem Verbinden zweier Tabellen über einen Schlüssel
  4. DDer Auswahl, welche Zeilen eine bestimmte Bedingung erfüllen
16.Datenbanken & SQLSchwer

Zwei Ärzte im Bereitschaftsdienst prüfen jeweils, dass der andere noch Dienst hat, und melden sich dann beide gleichzeitig ab. Welche Anomalie kann Snapshot Isolation hier noch zulassen?

  1. AWrite Skew
  2. BNon-Repeatable Read innerhalb einer Transaktion
  3. CDirty Write
  4. DDirty Read
17.RechnernetzeMittel

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

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

Eine Remote-Terminal-Anwendung reagiert träge, weil kleine Tastendruck-Pakete zurückgehalten werden. Welcher TCP-Mechanismus ist häufig dafür verantwortlich?

  1. ADer Drei-Wege-Handshake
  2. BSlow Start
  3. CFast Retransmit
  4. DNagle-Algorithmus
19.IPv4-SubnettingMittel
/24 → /2611111111111111111111111111000000NetzbitsHostbits

Das Netz 192.168.10.0/24 soll in mindestens 4 gleich große Subnetze aufgeteilt werden. Wenn du so wenige Bits wie möglich leihst, wie viele nutzbare Hosts H hat jedes Subnetz?

192.168.10.0/244 subnets
H =
20.IPv4-SubnettingSchwer
drittes Oktett 131 … 132112806403201608041211gemeinsamverschieden

Ein Router hat Routen zu diesen Netzen: 10.196.131.0/24, 10.196.132.0/24. Wie groß ist die längste Präfixlänge p einer einzigen Summenroute, die alle abdeckt?

10.196.131.0/24 … 10.196.132.0/24
p =

3Lösungen

1.Zahlensysteme

Antwort: N = −117

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 + 8 + 2 + 1 = −117

Antwort

N = −117
2.Zahlensysteme

Antwort: R = 246

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.

1111 0100
OR 0010 0110
= 1111 0110

Wert des Ergebnisses

1111 0110₂ = 246

Antwort

R = 246
3.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: (b ∧ 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).

Das Gesetz

∧ verteilt sich über ∨: a ∧ (b ∨ c) ≡ (a ∧ b) ∨ (a ∧ c).
b ∧ (a ∨ c) ≡ (b ∧ a) ∨ (b ∧ c)

Mit der Wahrheitstafel prüfen

a = 1, b = 1, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 1, c = 0: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 0, c = 1: 0 | 0 1 1 1
a = 1, b = 0, c = 0: 0 | 0 0 0 0
a = 0, b = 1, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 0, b = 1, c = 0: 0 | 0 0 1 1
a = 0, b = 0, c = 1: 0 | 0 1 0 0
a = 0, b = 0, c = 0: 0 | 0 0 0 0

Antwort

(b ∧ a) ∨ (b ∧ c)

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

4.Aussagenlogik & Beweise

Antwort: ∃x (P(x) ∧ ¬Q(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) → Q(x)) ≡ ∃x (P(x) ∧ ¬Q(x))

Antwort

∃x (P(x) ∧ ¬Q(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 = 10, CD = 00

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.

m8: m9, m10, m12, m0 → 0
ABCD000111100001111011111

Die isolierte 1

m8 = AB′C′D′ → AB = 10, CD = 00

Antwort

AB = 10, CD = 00
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.

Zustand nach jeder Flanke

0000 → 1000 → 1100 → 1110 → 1111 → 0111

Dezimalwert

0111₂ = 7

Antwort

Q = 7
7.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: x = 16

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 = 1 + 5k

Zweite Kongruenz

1 + 5k ≡ 4 (mod 6) → 5k ≡ 3 (mod 6)
k ≡ 5·3 ≡ 3 (mod 6)

Ergebnis

x = 1 + 5·3 = 16
x = 16
Probe: 16 mod 5 = 1, 16 mod 6 = 4

Antwort

x = 16
8.Zahlentheorie & modulare Arithmetik

Antwort: 32189 mod 69 = 35

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

189 = 101111012 = 128 + 32 + 16 + 8 + 4 + 1

Wiederholtes Quadrieren

321 ≡ 32 (mod 69)
322 ≡ 58 (mod 69)
324 ≡ 52 (mod 69)
328 ≡ 13 (mod 69)
3216 ≡ 31 (mod 69)
3232 ≡ 64 (mod 69)
3264 ≡ 25 (mod 69)
32128 ≡ 4 (mod 69)

Die nötigen Potenzen multiplizieren

32189 ≡ 32·52·13·31·64·4 ≡ 35 (mod 69)

Antwort

32189 mod 69 = 35
9.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · O(n)

Warum das die Antwort ist

Die Rekursion ist n Aufrufe tief, bevor einer zurückkehrt, und jeder Aufruf braucht einen Stackframe, also beträgt der Speicherbedarf O(n).

Antwort

D · O(n)
10.Algorithmen & Komplexität

Antwort: D · Nach V − 1 Runden prüft er, ob sich noch eine Kante relaxieren lässt

Warum das die Antwort ist

Alle echten kürzesten Distanzen sind nach V − 1 Runden gefunden; lässt sich eine Kante noch verbessern, muss ein negativer Kreis existieren.

Antwort

D · Nach V − 1 Runden prüft er, ob sich noch eine Kante relaxieren lässt
11.Datenstrukturen

Antwort: C · O(1)

Warum das die Antwort ist

Jedes Element wird insgesamt höchstens zweimal abgelegt und entnommen; obwohl ein einzelnes Nachfüllen O(n) dauern kann, ist der Durchschnitt über eine Folge O(1).

Antwort

C · O(1)
12.Datenstrukturen

Antwort: B · Alle Blätter liegen in derselben Tiefe

Warum das die Antwort ist

Volle Knoten teilen sich nach oben, und der Baum wird nur höher, wenn sich die Wurzel teilt, daher bleiben alle Blätter immer auf derselben Ebene.

Antwort

B · Alle Blätter liegen in derselben Tiefe
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) = 3, deg(C) = 3, deg(D) = 3, deg(E) = 3, deg(F) = 2, deg(G) = 3

Ungerade Knoten

A, B, C, D, E, G → 6
keines von beiden

Antwort

keines von beiden
14.Graphentheorie

Antwort: W = 60

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

EF (1): nehmen
CE (11): nehmen
DE (14): nehmen
BD (16): nehmen
BC (17): überspringen, schließt einen Kreis
AB (18): nehmen

Gesamtgewicht

W = 1 + 11 + 14 + 16 + 18 = 60

Antwort

W = 60
15.Datenbanken & SQL

Antwort: B · Der Auswahl, welche Spalten im Ergebnis erscheinen

Warum das die Antwort ist

Die Projektion behält gewählte Attribute (die SELECT-Liste), während die Selektion σ Zeilen behält, die eine Bedingung erfüllen (die WHERE-Klausel).

Antwort

B · Der Auswahl, welche Spalten im Ergebnis erscheinen
16.Datenbanken & SQL

Antwort: A · Write Skew

Warum das die Antwort ist

Unter Snapshot Isolation sehen beide Transaktionen den alten Zustand und ändern verschiedene Zeilen, sodass kein Schreibkonflikt erkannt wird; die Isolationsstufe Serializable verhindert das.

Antwort

A · Write Skew
17.Rechnernetze

Antwort: A · 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

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

Antwort: D · Nagle-Algorithmus

Warum das die Antwort ist

Der Nagle-Algorithmus wartet und bündelt kleine Segmente, solange frühere Daten unbestätigt sind. Das spart Bandbreite, erhöht aber die Verzögerung bei interaktivem Verkehr.

Antwort

D · Nagle-Algorithmus
19.IPv4-Subnetting

Antwort: H = 62

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).

Zu leihende Bits

22 = 4 ≥ 4 → b = 2, /26

Hosts pro Subnetz

26 − 2 = 62

Antwort

H = 62
20.IPv4-Subnetting

Antwort: p = 21

Routenzusammenfassung: Eine Summenroute a.b.c.0/p deckt alle Netze ab, deren erste p Bits übereinstimmen. Schreibe das abweichende Oktett des ersten und letzten Netzes binär; die Anzahl der gemeinsamen führenden Bits plus die Bits der Oktette davor ist das längste Summenpräfix.

Die Bits vergleichen

131 = 10000011
132 = 10000100
gemeinsame führende Bits: 5

Präfixlänge

p = 16 + 5 = 21

Antwort

p = /21

Summenroute: 10.196.128.0/21 (sie deckt auch 6 Netz(e) ab, die nicht in der Liste stehen).

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