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

क्या यह कहना सही है कि एक O(n²) एल्गोरिदम O(n³) भी है?

  1. Aहाँ, पर केवल तब जब n 100 से छोटा हो
  2. Bहाँ, क्योंकि Big O एक ऊपरी सीमा है और n², n³ से तेज़ नहीं बढ़ता
  3. Cनहीं, क्योंकि बड़े n के लिए n³, n² से छोटा है
  4. Dनहीं, क्योंकि Big O को हमेशा फ़ंक्शन की सटीक वृद्धि दर बतानी चाहिए
2.एल्गोरिदम और जटिलताकठिन

कौन-सी तकनीक किसी भी इनपुट पर क्विकसॉर्ट को अपेक्षित (expected) O(n log n) रनिंग टाइम देती है?

  1. Aपिवट को समान रूप से यादृच्छिक (uniformly at random) चुनना
  2. Bक्विकसॉर्ट चलाने से पहले इनपुट को सॉर्ट करना
  3. Cकेवल बाईं ओर रिकर्शन का उपयोग करना
  4. Dहमेशा पहला तत्व चुनना
3.डेटा संरचनाएँमध्यम

AVL ट्री और रेड-ब्लैक ट्री किस बात की गारंटी देते हैं?

  1. Aहर स्थिति में स्थिर समय में खोज
  2. Bकिसी भी नोड के दो चाइल्ड नहीं होते
  3. Cकुंजियाँ इंसर्शन के क्रम में संग्रहीत होती हैं
  4. Dपुनर्संतुलन द्वारा O(log n) ऊँचाई
4.डेटा संरचनाएँकठिन

कौन-सा गुण हर B-ट्री को पूर्णतः संतुलित रखता है?

  1. Aहर नोड एक कुंजी संग्रहीत करता है
  2. Bहर नोड के ठीक दो चाइल्ड होते हैं
  3. Cसभी लीफ़ समान गहराई पर होते हैं
  4. Dकुंजियाँ केवल रूट में संग्रहीत होती हैं
5.ग्राफ़ सिद्धांतमध्यम

एक संबद्ध ग्राफ़ में 10 शीर्ष और 10 कोरें हैं। स्पैनिंग ट्री बचाने के लिए कितनी कोरें k हटानी होंगी?

|V| = 10|E| = 10
k =
6.ग्राफ़ सिद्धांतकठिन
871112271177ABCDEFG

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

प्रारंभ: Aअंत: F
d(F) =

3विलयन

1.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: B · हाँ, क्योंकि Big O एक ऊपरी सीमा है और n², n³ से तेज़ नहीं बढ़ता

यह उत्तर क्यों है

Big O एक ऊपरी सीमा है, इसलिए कथन सत्य है पर सटीक नहीं; Θ(n²) सटीक वृद्धि दर बताता है।

उत्तर

B · हाँ, क्योंकि Big O एक ऊपरी सीमा है और n², n³ से तेज़ नहीं बढ़ता
2.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: A · पिवट को समान रूप से यादृच्छिक (uniformly at random) चुनना

यह उत्तर क्यों है

यादृच्छिक पिवट के साथ हर इनपुट के लिए अपेक्षित रनिंग टाइम O(n log n) होता है; खराब मामले अब भी मौजूद हैं लेकिन बहुत असंभाव्य हैं।

उत्तर

A · पिवट को समान रूप से यादृच्छिक (uniformly at random) चुनना
3.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: D · पुनर्संतुलन द्वारा O(log n) ऊँचाई

यह उत्तर क्यों है

स्व-संतुलित ट्री ऊँचाई को लघुगणकीय बनाए रखते हैं, इसलिए खोज, इंसर्ट और डिलीट सबसे खराब स्थिति में O(log n) होते हैं।

उत्तर

D · पुनर्संतुलन द्वारा O(log n) ऊँचाई
4.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: C · सभी लीफ़ समान गहराई पर होते हैं

यह उत्तर क्यों है

भरने पर नोड ऊपर की ओर विभाजित होते हैं और ट्री तभी ऊँचा होता है जब रूट विभाजित हो, इसलिए सभी लीफ़ हमेशा एक ही स्तर पर रहते हैं।

उत्तर

C · सभी लीफ़ समान गहराई पर होते हैं
5.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: k = 1

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।

स्पैनिंग ट्री की कोरें

10 − 1 = 9

हटाई जाने वाली कोरें

k = 10 − 9 = 1

उत्तर

k = 1
6.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: d(F) = 17

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: 8, C: 7
C (7): E: 19
B (8): G: 9
G (9): D: 16, E: 16
D (16): F: 23
E (16): F: 17
F (17)

सबसे छोटा पथ

A → B → G → E → F
d(F) = 17

उत्तर

d(F) = 17

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