Estructuras de datos y algoritmos: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 6 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Teoría de grafos

Lema del apretón de manos
Σ deg(v) = 2|E|
Grafos completos
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regular
|E| = n·k/2
Árbol y bosque
|E| = n − 1, |E| = n − c
Hojas de un árbol
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuito: todos los grados pares; camino: exactamente 2 grados impares
Circuitos de Hamilton en Kn
(n − 1)!/2
Actualización de Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Recorridos de longitud L
(Mᴸ)ij

Método

  1. Anota el grado de cada vértice; los grados suman el doble del número de aristas.
  2. En las preguntas de Euler, comprueba que el grafo sea conexo y cuenta los vértices de grado impar.
  3. En los árboles, usa n − 1 aristas y el lema del apretón de manos.
  4. En Dijkstra, lleva una tabla de distancias provisionales y fija en cada ronda el vértice no fijado de menor distancia.
  5. Para un árbol generador mínimo, ordena las aristas por peso y descarta toda arista que cierre un ciclo (Kruskal), o haz crecer un único árbol desde un vértice inicial (Prim).

2Problemas de práctica

1.Algoritmos y complejidadMedia

¿Cuántos niveles tiene la recursión de merge sort para un array de n elementos?

  1. AUnos log₂ n
  2. BUnos n
  3. CUnos n / 2
  4. DUnos √n
2.Algoritmos y complejidadDifícil

¿Por qué el algoritmo de Dijkstra puede dar resultados erróneos cuando algunos pesos de arista son negativos?

  1. AEntra en un bucle infinito con cada arista negativa
  2. BSolo funciona con grafos no dirigidos
  3. CUn vértice se da por cerrado al extraerlo, pero una arista negativa posterior aún podría darle un camino más corto
  4. DLos números negativos no pueden guardarse en una cola de prioridad
3.Estructuras de datosMedia

¿Cuánto tarda la búsqueda de una palabra de longitud L en un trie con un alfabeto fijo?

  1. AO(n), donde n es el número de palabras
  2. BO(log n), donde n es el número de palabras
  3. CO(L), independientemente de cuántas palabras haya almacenadas
  4. DO(L × n)
4.Estructuras de datosDifícil

Un árbol de segmentos (segment tree) se usa normalmente para:

  1. AImplementar una pila
  2. BOrdenar cadenas alfabéticamente almacenando cada prefijo en un nodo distinto del árbol
  3. CResponder consultas por rangos (como sumas de rangos) y actualizaciones en O(log n)
  4. DAlmacenar las aristas de un grafo
5.Teoría de grafosMedia

Un árbol tiene 3 vértices de grado 4, 3 vértices de grado 5, 3 vértices de grado 2, y todos sus demás vértices son hojas (grado 1). ¿Cuántas hojas, L, tiene?

3 × deg 43 × deg 53 × deg 2
L =
6.Teoría de grafosDifícil
2413571134ABCDEF

Usa el algoritmo de Dijkstra para hallar la longitud d(F) del camino más corto de A a F en el grafo ponderado.

inicio: Afin: F
d(F) =

3Disoluciones

1.Algoritmos y complejidad

Respuesta: A · Unos log₂ n

Por qué esta es la respuesta

Dividir por la mitad de n hasta 1 lleva unos log₂ n niveles, y cada nivel hace un trabajo de mezcla O(n), lo que da O(n log n).

Respuesta

A · Unos log₂ n
2.Algoritmos y complejidad

Respuesta: C · Un vértice se da por cerrado al extraerlo, pero una arista negativa posterior aún podría darle un camino más corto

Por qué esta es la respuesta

El paso voraz se basa en pesos no negativos para que las distancias extraídas sean definitivas; cuando los pesos pueden ser negativos se usa Bellman-Ford.

Respuesta

C · Un vértice se da por cerrado al extraerlo, pero una arista negativa posterior aún podría darle un camino más corto
3.Estructuras de datos

Respuesta: C · O(L), independientemente de cuántas palabras haya almacenadas

Por qué esta es la respuesta

Cada carácter selecciona un hijo, así que una búsqueda requiere L pasos, contenga el trie las palabras que contenga.

Respuesta

C · O(L), independientemente de cuántas palabras haya almacenadas
4.Estructuras de datos

Respuesta: C · Responder consultas por rangos (como sumas de rangos) y actualizaciones en O(log n)

Por qué esta es la respuesta

Un árbol de segmentos almacena agregados de intervalos y permite consultas por rangos y actualizaciones puntuales en tiempo O(log n).

Respuesta

C · Responder consultas por rangos (como sumas de rangos) y actualizaciones en O(log n)
5.Teoría de grafos

Respuesta: L = 17

Euler, Hamilton y árboles: un grafo conexo tiene un circuito euleriano (cada arista una vez, volviendo al inicio) cuando todos los vértices tienen grado par, y un camino euleriano que no es un circuito cuando exactamente dos vértices tienen grado impar; entonces el camino va de un vértice impar al otro. Un circuito hamiltoniano visita cada vértice una vez; Kn tiene (n − 1)!/2 de ellos. Un árbol de n vértices tiene n − 1 aristas, y un grafo conexo con m aristas conserva un árbol generador tras quitarle m − n + 1 aristas.

Lema del apretón de manos para un árbol

L + 33 = 2(L + 9) − 2
L = 17

Respuesta

L = 17

Atajo: L = 2 + Σ (d − 2) sobre los vértices de grado d ≥ 3.

6.Teoría de grafos

Respuesta: d(F) = 12

Caminos mínimos y árboles generadores: el algoritmo de Dijkstra fija un vértice por ronda: el vértice no fijado con la menor distancia provisional. Su distancia es entonces definitiva, y cada vecino v recibe d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). El algoritmo de Kruskal construye un árbol generador mínimo tomando las aristas de la más ligera a la más pesada y descartando toda arista que cierre un ciclo; el algoritmo de Prim hace crecer un único árbol desde un vértice inicial añadiendo siempre la arista más ligera que sale de él. Un árbol generador de n vértices tiene n − 1 aristas.

Dijkstra ronda a ronda

Cada línea: el vértice fijado, su distancia definitiva y los vecinos cuya distancia mejora.

A (0): B: 2, C: 4
B (2): D: 7
C (4): E: 11
D (7): E: 8, F: 20
E (8): F: 12
F (12)

Camino más corto

A → B → D → E → F
d(F) = 12

Respuesta

d(F) = 12

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