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

Que mesure l'analyse amortie ?

  1. ALe coût d'un algorithme sur la meilleure entrée
  2. BLe coût moyen par opération sur une suite d'opérations de pire cas
  3. CLe coût espéré sur des entrées aléatoires
  4. DLe coût de l'unique opération la plus chère, où qu'elle se trouve dans la suite
2.Algorithmes et complexitéDifficile

Comment le problème du voyageur de commerce est-il classé ?

  1. ALa version décisionnelle est dans P mais la version d'optimisation est NP-complète
  2. BIl est dans P car l'algorithme de Dijkstra le résout en visitant chaque ville une seule fois
  3. CIl est indécidable
  4. DLa version décisionnelle est NP-complète et la version d'optimisation est NP-difficile
3.Structures de donnéesMoyen

Quelle structure de données est utilisée par le parcours en profondeur (DFS) dans sa version itérative ?

  1. AUne file
  2. BUn tas
  3. CUniquement une table de hachage
  4. DUne pile
4.Structures de donnéesDifficile

Combien de temps faut-il pour rechercher une clé quelconque dans un tas binaire min de n éléments ?

  1. AO(1)
  2. BO(log log n)
  3. CO(log n)
  4. DO(n)
5.Théorie des graphesMoyen

Un graphe connexe a 15 sommets et 21 arêtes. Combien d’arêtes k faut-il retirer pour obtenir un arbre couvrant ?

|V| = 15|E| = 21
k =
6.Théorie des graphesDifficile
191311141614ABCDE

L’algorithme de Kruskal construit un arbre couvrant minimal. Cliquez sur l’arête qu’il ajoute en numéro 2 ; les arêtes sautées ne comptent pas.

k = 2
  1. 1arête AB
  2. 2arête AC
  3. 3arête BC
  4. 4arête BD
  5. 5arête CE
  6. 6arête DE
  7. 7arête BE

3Solutions

1.Algorithmes et complexité

Réponse: B · Le coût moyen par opération sur une suite d'opérations de pire cas

Pourquoi c'est la réponse

L'analyse amortie répartit le coût des opérations rares et coûteuses sur de nombreuses opérations bon marché, ce qui donne une moyenne garantie pour toute suite.

Réponse

B · Le coût moyen par opération sur une suite d'opérations de pire cas
2.Algorithmes et complexité

Réponse: D · La version décisionnelle est NP-complète et la version d'optimisation est NP-difficile

Pourquoi c'est la réponse

« Existe-t-il une tournée de longueur au plus k ? » est NP-complet ; trouver la tournée la plus courte est NP-difficile, puisque c'est au moins aussi difficile.

Réponse

D · La version décisionnelle est NP-complète et la version d'optimisation est NP-difficile
3.Structures de données

Réponse: D · Une pile

Pourquoi c'est la réponse

Le DFS explore aussi profondément que possible et utilise naturellement une pile (ou la pile d'appels de la récursion) ; le BFS utilise une file.

Réponse

D · Une pile
4.Structures de données

Réponse: D · O(n)

Pourquoi c'est la réponse

Un tas ne donne aucune règle sur le sous-arbre qui contient une clé, donc dans le pire cas tous les nœuds doivent être examinés ; seul le minimum se trouve rapidement.

Réponse

D · O(n)
5.Théorie des graphes

Réponse: k = 7

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.

Arêtes d’un arbre couvrant

15 − 1 = 14

Arêtes à retirer

k = 21 − 14 = 7

Réponse

k = 7
6.Théorie des graphes

Réponse: arête BE

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

1. DE (1)
2. BE (4)
3. BC (11)
4. AC (13)

numéro de l’arête 2

BE

Réponse

arête BE

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