Algorithmique et structures de données : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 6 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

Théorie des graphes

Lemme des poignées de main
Σ deg(v) = 2|E|
Graphes complets
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Graphe régulier
|E| = n·k/2
Arbre et forêt
|E| = n − 1, |E| = n − c
Feuilles d’un arbre
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuit : tous les degrés pairs ; chemin : exactement 2 degrés impairs
Circuits hamiltoniens dans Kn
(n − 1)!/2
Mise à jour de Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Marches de longueur L
(Mᴸ)ij

Méthode

  1. Notez le degré de chaque sommet ; la somme des degrés vaut deux fois le nombre d’arêtes.
  2. Pour les questions d’Euler, vérifiez que le graphe est connexe et comptez les sommets de degré impair.
  3. Pour les arbres, utilisez n − 1 arêtes et le lemme des poignées de main.
  4. Pour Dijkstra, tenez un tableau des distances provisoires et fixez à chaque tour le sommet non fixé de plus petite distance.
  5. Pour un arbre couvrant minimal, triez les arêtes par poids et sautez toute arête qui ferme un cycle (Kruskal), ou faites croître un arbre à partir d’un sommet de départ (Prim).

2Exercices

1.Algorithmes et complexitéMoyen

Quelle est la solution de la récurrence T(n) = T(n/2) + O(1) ?

  1. AO(log n)
  2. BO(1)
  3. CO(n)
  4. DO(n log n)
2.Algorithmes et complexitéDifficile

Qu'a établi le théorème de Cook-Levin ?

  1. AP est différent de NP
  2. BTout problème NP peut être résolu en temps exponentiel
  3. CLe problème de l'arrêt est indécidable
  4. DLe problème de satisfiabilité booléenne (SAT) est NP-complet
3.Structures de donnéesMoyen

Une application a besoin de recherches rapides, mais aussi de lister les clés dans l'ordre trié et de répondre à des requêtes par intervalle. Quelle structure convient le mieux ?

  1. AUne liste chaînée non triée
  2. BUne pile
  3. CUn arbre binaire de recherche équilibré
  4. DUne table de hachage
4.Structures de donnéesDifficile

Comment détecter si une liste simplement chaînée contient un cycle avec O(1) mémoire supplémentaire ?

  1. AAvancer un pointeur d'un pas et un autre de deux pas, et vérifier s'ils se rencontrent
  2. BTrier la liste et chercher des doublons
  3. CStocker chaque nœud visité dans un ensemble haché
  4. DCompter les nœuds jusqu'à dépasser le champ de longueur de la liste
5.Théorie des graphesMoyen

Un arbre a 3 sommets de degré 4, 2 sommets de degré 5, 4 sommets de degré 2, et tous ses autres sommets sont des feuilles (degré 1). Combien de feuilles L a-t-il ?

3 × deg 42 × deg 54 × deg 2
L =
6.Théorie des graphesDifficile
131614391551217ABCDEFG

Trouvez le poids total W d’un arbre couvrant minimal du graphe pondéré.

|V| = 7|E| = 10
W =

3Solutions

1.Algorithmes et complexité

Réponse: A · O(log n)

Pourquoi c'est la réponse

Le problème est divisé par deux à chaque étape avec un travail constant par étape : il y a donc environ log₂ n étapes.

Réponse

A · O(log n)
2.Algorithmes et complexité

Réponse: D · Le problème de satisfiabilité booléenne (SAT) est NP-complet

Pourquoi c'est la réponse

Cook et Levin ont montré indépendamment que tout problème de NP se réduit à SAT en temps polynomial : SAT a donc été le premier problème NP-complet connu.

Réponse

D · Le problème de satisfiabilité booléenne (SAT) est NP-complet
3.Structures de données

Réponse: C · Un arbre binaire de recherche équilibré

Pourquoi c'est la réponse

Un BST équilibré offre des recherches en O(log n) et garde les clés ordonnées, ce qui facilite le parcours infixe et les requêtes par intervalle ; une table de hachage disperse les clés.

Réponse

C · Un arbre binaire de recherche équilibré
4.Structures de données

Réponse: A · Avancer un pointeur d'un pas et un autre de deux pas, et vérifier s'ils se rencontrent

Pourquoi c'est la réponse

Dans l'algorithme de Floyd, s'il y a un cycle, le pointeur rapide finit par rattraper le lent ; sinon, le pointeur rapide atteint null.

Réponse

A · Avancer un pointeur d'un pas et un autre de deux pas, et vérifier s'ils se rencontrent
5.Théorie des graphes

Réponse: L = 14

Euler, Hamilton et arbres : un graphe connexe a un circuit eulérien (chaque arête une fois, retour au départ) quand tous les sommets ont un degré pair, et un chemin eulérien qui n’est pas un circuit quand exactement deux sommets ont un degré impair ; le chemin va alors d’un sommet impair à l’autre. Un circuit hamiltonien visite chaque sommet une fois ; Kn en a (n − 1)!/2. Un arbre à n sommets a n − 1 arêtes, et un graphe connexe à m arêtes conserve un arbre couvrant après suppression de m − n + 1 arêtes.

Lemme des poignées de main pour un arbre

L + 30 = 2(L + 9) − 2
L = 14

Réponse

L = 14

Raccourci : L = 2 + Σ (d − 2) sur les sommets de degré d ≥ 3.

6.Théorie des graphes

Réponse: W = 37

Plus courts chemins et arbres couvrants : l’algorithme de Dijkstra fixe un sommet par tour : le sommet non fixé de plus petite distance provisoire. Sa distance est alors définitive, et chaque voisin v reçoit d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). L’algorithme de Kruskal construit un arbre couvrant minimal en prenant les arêtes de la plus légère à la plus lourde et en sautant toute arête qui fermerait un cycle ; l’algorithme de Prim fait croître un arbre à partir d’un sommet de départ en ajoutant toujours l’arête la plus légère qui en sort. Un arbre couvrant à n sommets a n − 1 arêtes.

Algorithme de Kruskal

BC (1): prise
DE (3): prise
GB (5): prise
BD (6): prise
DF (9): prise
GD (12): sautée, ferme un cycle
AB (13): prise

Poids total

W = 1 + 3 + 5 + 6 + 9 + 13 = 37

Réponse

W = 37

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