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

रिकरेंस T(n) = T(n − 1) + O(1) का हल क्या है?

  1. AO(n)
  2. BO(2ⁿ)
  3. CO(n²)
  4. DO(log n)
2.एल्गोरिदम और जटिलताकठिन

सॉर्टेड ऐरे में किसी भी तुलना-आधारित खोज को वर्स्ट केस में Ω(log n) तुलनाएँ क्यों चाहिए?

  1. Aहर तुलना में लघुगणकीय समय लगता है
  2. Bबाइनरी सर्च ही एकमात्र संभव एल्गोरिदम है, और उसे log₂ n तुलनाएँ चाहिए
  3. Cहर तत्व की कम से कम एक बार तुलना होनी चाहिए
  4. Dn संभावित परिणामों वाले निर्णय वृक्ष (decision tree) की गहराई कम से कम log₂ n होनी चाहिए
3.डेटा संरचनाएँमध्यम

यदि कुंजियाँ क्रमबद्ध क्रम में डाली जाएँ, तो n नोड वाले बाइनरी सर्च ट्री की सबसे खराब स्थिति में ऊँचाई क्या होगी?

  1. A1
  2. B√n
  3. Cn (यह लिंक्ड लिस्ट बन जाता है)
  4. Dlog₂ n
4.डेटा संरचनाएँकठिन

क्रुस्कल के मिनिमम स्पैनिंग ट्री एल्गोरिदम में union-find संरचना का उपयोग किसलिए होता है?

  1. Aप्रारंभिक शीर्ष चुनने के लिए
  2. Bयह जाँचने के लिए कि किसी किनारे के दोनों सिरे पहले से जुड़े हैं या नहीं
  3. Cकिनारों को भार के अनुसार सॉर्ट करने के लिए
  4. Dखोज के दौरान हर शीर्ष की स्रोत से वर्तमान दूरी संग्रहीत करने के लिए
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
511399118ABCDEF

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: A · O(n)

यह उत्तर क्यों है

n स्तर हैं जिनमें से हर एक में स्थिर कार्य है, जैसे किसी ऐरे के रिकर्सिव योग में।

उत्तर

A · O(n)
2.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: D · n संभावित परिणामों वाले निर्णय वृक्ष (decision tree) की गहराई कम से कम log₂ n होनी चाहिए

यह उत्तर क्यों है

हर तुलना शेष संभावनाओं के समुच्चय को अधिकतम आधा करती है, इसलिए n स्थितियों में अंतर करने के लिए कम से कम log₂ n तुलनाएँ चाहिए।

उत्तर

D · n संभावित परिणामों वाले निर्णय वृक्ष (decision tree) की गहराई कम से कम log₂ n होनी चाहिए
3.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: C · n (यह लिंक्ड लिस्ट बन जाता है)

यह उत्तर क्यों है

क्रमबद्ध इंसर्शन से n ऊँचाई वाला विकृत (degenerate) ट्री बनता है, जिससे खोज O(n) हो जाती है। संतुलित ट्री इसे रोकते हैं।

उत्तर

C · n (यह लिंक्ड लिस्ट बन जाता है)
4.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: B · यह जाँचने के लिए कि किसी किनारे के दोनों सिरे पहले से जुड़े हैं या नहीं

यह उत्तर क्यों है

Find बताता है कि दोनों सिरे एक ही घटक में हैं या नहीं; यदि नहीं, तो किनारा जोड़ा जाता है और union घटकों को मिला देता है।

उत्तर

B · यह जाँचने के लिए कि किसी किनारे के दोनों सिरे पहले से जुड़े हैं या नहीं
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: d(F) = 21

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: 5, C: 1
C (1): B: 2, E: 10
B (2): D: 5
D (5)
E (10): F: 21
F (21)

सबसे छोटा पथ

A → C → E → F
d(F) = 21

उत्तर

d(F) = 21

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