डेटा संरचना और एल्गोरिदम: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 6 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

ग्राफ़ सिद्धांत

हैंडशेक लेमा
Σ deg(v) = 2|E|
पूर्ण ग्राफ़
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
नियमित ग्राफ़
|E| = n·k/2
वृक्ष और वन
|E| = n − 1, |E| = n − c
वृक्ष के पत्ते
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
यूलर
परिपथ: सभी घात सम; पथ: ठीक 2 घात विषम
Kn में हैमिल्टन परिपथ
(n − 1)!/2
डाइक्स्ट्रा अद्यतन
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
लंबाई L की वॉक
(Mᴸ)ij

विधि

  1. हर शीर्ष की घात लिखें; घातों का योग कोरों की संख्या का दोगुना होता है।
  2. यूलर के प्रश्नों में जाँचें कि ग्राफ़ संबद्ध है और विषम घात वाले शीर्षों को गिनें।
  3. वृक्षों के लिए n − 1 कोरों और हैंडशेक लेमा का उपयोग करें।
  4. डाइक्स्ट्रा के लिए अस्थायी दूरियों की सारणी रखें और हर चक्र में सबसे छोटी दूरी वाले अनिर्धारित शीर्ष को निर्धारित करें।
  5. न्यूनतम स्पैनिंग ट्री के लिए कोरों को भार के अनुसार क्रमबद्ध करें और चक्र बनाने वाली हर कोर छोड़ दें (क्रुस्कल), या किसी प्रारंभिक शीर्ष से एक वृक्ष बढ़ाएँ (प्रिम)।

2अभ्यास प्रश्न

1.एल्गोरिदम और जटिलतामध्यम

एक ग्रीडी एल्गोरिदम (greedy algorithm):

  1. Aकेवल रिकर्शन का उपयोग करता है
  2. Bहर संभव समाधान आज़माता है
  3. Cहमेशा इष्टतम समाधान देता है
  4. Dहर चरण में स्थानीय रूप से सर्वोत्तम विकल्प चुनता है
2.एल्गोरिदम और जटिलताकठिन

जब कुछ किनारा भार ऋणात्मक हों, तो डाइकस्ट्रा का एल्गोरिदम ग़लत परिणाम क्यों दे सकता है?

  1. Aयह हर ऋणात्मक किनारे पर अनंत लूप में चला जाता है
  2. Bप्रायोरिटी क्यू में ऋणात्मक संख्याएँ संग्रहीत नहीं की जा सकतीं
  3. Cशीर्ष निकाले जाने पर अंतिम मान लिया जाता है, पर बाद का कोई ऋणात्मक किनारा उसे अब भी छोटा पथ दे सकता है
  4. Dयह केवल अप्रत्यक्ष (undirected) ग्राफ़ पर काम करता है
3.डेटा संरचनाएँमध्यम

सर्कुलर बफ़र (रिंग बफ़र) का उपयोग आमतौर पर किसे लागू करने के लिए किया जाता है?

  1. Aग्राफ़ ट्रैवर्सल
  2. Bहैश फ़ंक्शन
  3. Cबाइनरी सर्च ट्री
  4. Dनिश्चित आकार की क्यू
4.डेटा संरचनाएँकठिन

union by rank और path compression के साथ union-find (डिसजॉइंट सेट) संरचना की प्रति ऑपरेशन परिशोधित (amortised) लागत क्या है?

  1. AO(n)
  2. Bठीक O(log n)
  3. CO(α(n)), व्युत्क्रम एकरमान फ़ंक्शन, जो व्यवहार में लगभग स्थिर है
  4. DO(n²)
5.ग्राफ़ सिद्धांतमध्यम

पूर्ण ग्राफ़ K8 में कितने भिन्न हैमिल्टन परिपथ H हैं? जो परिपथ केवल प्रारंभिक शीर्ष या दिशा में भिन्न हों, उन्हें एक ही गिना जाता है।

K8
H =
6.ग्राफ़ सिद्धांतकठिन
96191813107ABCDE

प्रिम का एल्गोरिथ्म शीर्ष A से शुरू करके न्यूनतम स्पैनिंग ट्री बनाता है। उस कोर पर क्लिक करें जिसे वह कोर संख्या 3 के रूप में जोड़ता है।

प्रारंभ: Ak = 3
  1. 1कोर AB
  2. 2कोर AC
  3. 3कोर BC
  4. 4कोर BD
  5. 5कोर CE
  6. 6कोर DE
  7. 7कोर BE

3विलयन

1.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: D · हर चरण में स्थानीय रूप से सर्वोत्तम विकल्प चुनता है

यह उत्तर क्यों है

ग्रीडी एल्गोरिदम तेज़ होते हैं और कुछ समस्याओं (जैसे Dijkstra, Huffman कोडिंग) के लिए इष्टतम होते हैं, लेकिन सामान्य रूप से नहीं (जैसे कुछ सिक्का प्रणालियों में coin change)।

उत्तर

D · हर चरण में स्थानीय रूप से सर्वोत्तम विकल्प चुनता है
2.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: C · शीर्ष निकाले जाने पर अंतिम मान लिया जाता है, पर बाद का कोई ऋणात्मक किनारा उसे अब भी छोटा पथ दे सकता है

यह उत्तर क्यों है

ग्रीडी चरण अऋणात्मक भारों पर निर्भर है ताकि निकाली गई दूरियाँ अंतिम हों; भार ऋणात्मक हो सकते हों तो बेलमैन–फ़ोर्ड का उपयोग होता है।

उत्तर

C · शीर्ष निकाले जाने पर अंतिम मान लिया जाता है, पर बाद का कोई ऋणात्मक किनारा उसे अब भी छोटा पथ दे सकता है
3.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: D · निश्चित आकार की क्यू

यह उत्तर क्यों है

रिंग बफ़र head और tail इंडेक्स का उपयोग करता है जो घूमकर वापस आते हैं, जिससे निश्चित मेमोरी में O(1) enqueue और dequeue मिलते हैं।

उत्तर

D · निश्चित आकार की क्यू
4.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: C · O(α(n)), व्युत्क्रम एकरमान फ़ंक्शन, जो व्यवहार में लगभग स्थिर है

यह उत्तर क्यों है

दोनों अनुकूलनों के साथ ऑपरेशन O(α(n)) परिशोधित समय लेते हैं; किसी भी यथार्थवादी n के लिए α(n) ≤ 4 होता है।

उत्तर

C · O(α(n)), व्युत्क्रम एकरमान फ़ंक्शन, जो व्यवहार में लगभग स्थिर है
5.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: H = 2520

यूलर, हैमिल्टन और वृक्ष: संबद्ध ग्राफ़ में यूलर परिपथ (हर कोर एक बार, शुरुआत पर वापसी) तब होता है जब हर शीर्ष की घात सम हो, और परिपथ न होने वाला यूलर पथ तब जब ठीक दो शीर्षों की घात विषम हो; तब पथ एक विषम शीर्ष से दूसरे तक चलता है। हैमिल्टन परिपथ हर शीर्ष पर एक बार जाता है; Kn में ऐसे (n − 1)!/2 होते हैं। n शीर्षों वाले वृक्ष में n − 1 कोरें होती हैं, और m कोरों वाला संबद्ध ग्राफ़ m − n + 1 कोरें हटाने के बाद स्पैनिंग ट्री रखता है।

गिनें

H = (8 − 1)!/2 = 5040/2 = 2520

उत्तर

H = 2520
6.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: कोर BE

सबसे छोटे पथ और स्पैनिंग ट्री: डाइक्स्ट्रा का एल्गोरिथ्म हर चक्र में एक शीर्ष निर्धारित करता है: सबसे छोटी अस्थायी दूरी वाला अनिर्धारित शीर्ष। तब उसकी दूरी अंतिम होती है, और हर पड़ोसी v को d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)) मिलता है। क्रुस्कल का एल्गोरिथ्म कोरों को हल्की से भारी की ओर लेकर और चक्र बनाने वाली हर कोर छोड़कर न्यूनतम स्पैनिंग ट्री बनाता है; प्रिम का एल्गोरिथ्म प्रारंभिक शीर्ष से एक वृक्ष बढ़ाता है और हमेशा उससे बाहर जाने वाली सबसे हल्की कोर जोड़ता है। n शीर्षों के स्पैनिंग ट्री में n − 1 कोरें होती हैं।

प्रिम का एल्गोरिथ्म

1. AC (6)
2. AB (9)
3. BE (7)
4. DE (10)

कोर संख्या 3

BE

उत्तर

कोर BE

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