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

n तत्वों के ऐरे के लिए मर्ज सॉर्ट के रिकर्शन में कितने स्तर होते हैं?

  1. Aलगभग n / 2
  2. Bलगभग n
  3. Cलगभग √n
  4. Dलगभग log₂ n
2.एल्गोरिदम और जटिलताकठिन

डायनेमिक प्रोग्रामिंग से हल की गई 0/1 नैपसैक (knapsack) समस्या में O(nW) समय लगता है। इसे स्यूडो-पॉलिनोमियल (pseudo-polynomial) क्यों कहा जाता है?

  1. Aक्योंकि एल्गोरिदम यादृच्छिक (randomised) है और उसका रनिंग टाइम हर इनपुट के साथ बदलता है
  2. BW एक संख्या है, इसलिए समय W को लिखने में प्रयुक्त बिट्स की संख्या में घातांकी है
  3. Cक्योंकि n हमेशा छोटा होता है
  4. Dक्योंकि यह केवल W = 0 के लिए काम करता है
3.डेटा संरचनाएँमध्यम

बाइनरी सर्च ट्री में न्यूनतम कुंजी कैसे खोजते हैं?

  1. Aरूट से दाएँ चाइल्ड का अनुसरण तब तक करें जब तक कोई दायाँ चाइल्ड न रहे
  2. Bहर लीफ़ पर जाकर उनकी तुलना करें
  3. Cरूट से बाएँ चाइल्ड का अनुसरण तब तक करें जब तक कोई बायाँ चाइल्ड न रहे
  4. Dकेवल रूट को देखें
4.डेटा संरचनाएँकठिन

ट्रैवर्सलों का कौन-सा युग्म भिन्न कुंजियों वाले एक अद्वितीय बाइनरी ट्री को हमेशा निर्धारित करता है?

  1. Aकेवल प्रीऑर्डर
  2. Bप्रीऑर्डर और पोस्टऑर्डर
  3. Cकेवल लेवल-ऑर्डर
  4. Dप्रीऑर्डर और इनऑर्डर
5.ग्राफ़ सिद्धांतमध्यम

पूर्ण ग्राफ़ K6 में कितने भिन्न हैमिल्टन परिपथ H हैं? जो परिपथ केवल प्रारंभिक शीर्ष या दिशा में भिन्न हों, उन्हें एक ही गिना जाता है।

K6
H =
6.ग्राफ़ सिद्धांतकठिन
14510141113921ABCDEFG

भारित ग्राफ़ में A से G तक के सबसे छोटे पथ की लंबाई d(G) डाइक्स्ट्रा के एल्गोरिथ्म से ज्ञात करें।

प्रारंभ: Aअंत: G
d(G) =

3विलयन

1.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: D · लगभग log₂ n

यह उत्तर क्यों है

n से 1 तक आधा करते जाने में लगभग log₂ n स्तर लगते हैं, और हर स्तर O(n) मर्जिंग कार्य करता है, जिससे O(n log n) मिलता है।

उत्तर

D · लगभग log₂ n
2.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: B · W एक संख्या है, इसलिए समय W को लिखने में प्रयुक्त बिट्स की संख्या में घातांकी है

यह उत्तर क्यों है

रनिंग टाइम W के मान में बहुपद है लेकिन उसकी लंबाई (log W बिट्स) में घातांकी है; 0/1 नैपसैक NP-complete है।

उत्तर

B · W एक संख्या है, इसलिए समय W को लिखने में प्रयुक्त बिट्स की संख्या में घातांकी है
3.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: C · रूट से बाएँ चाइल्ड का अनुसरण तब तक करें जब तक कोई बायाँ चाइल्ड न रहे

यह उत्तर क्यों है

सबसे बाएँ नोड से छोटी कोई कुंजी ट्री में नहीं होती, इसलिए वही न्यूनतम है; लागत ऊँचाई के अनुपाती है।

उत्तर

C · रूट से बाएँ चाइल्ड का अनुसरण तब तक करें जब तक कोई बायाँ चाइल्ड न रहे
4.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: D · प्रीऑर्डर और इनऑर्डर

यह उत्तर क्यों है

प्रीऑर्डर रूट देता है, और इनऑर्डर अनुक्रम में उसकी स्थिति बाएँ और दाएँ सबट्री को अलग करती है; किसी नोड का एक चाइल्ड होने पर प्रीऑर्डर और पोस्टऑर्डर अस्पष्ट होते हैं।

उत्तर

D · प्रीऑर्डर और इनऑर्डर
5.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: H = 60

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 = (6 − 1)!/2 = 120/2 = 60

उत्तर

H = 60
6.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: d(G) = 16

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।

डाइक्स्ट्रा चक्र-दर-चक्र

हर पंक्ति: निर्धारित शीर्ष, उसकी अंतिम दूरी, और वे पड़ोसी जिनकी दूरी सुधरती है।

A (0): B: 14, C: 5
C (5)
B (14): D: 28, G: 16
G (16): E: 17
E (17): F: 26
F (26)
D (28)

सबसे छोटा पथ

A → B → G
d(G) = 16

उत्तर

d(G) = 16

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