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(K_n)| = n(n − 1)/2, |E(K_m,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
K_n 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

हर शीर्ष की घात लिखें; घातों का योग कोरों की संख्या का दोगुना होता है।
यूलर के प्रश्नों में जाँचें कि ग्राफ़ संबद्ध है और विषम घात वाले शीर्षों को गिनें।
वृक्षों के लिए n − 1 कोरों और हैंडशेक लेमा का उपयोग करें।
डाइक्स्ट्रा के लिए अस्थायी दूरियों की सारणी रखें और हर चक्र में सबसे छोटी दूरी वाले अनिर्धारित शीर्ष को निर्धारित करें।
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 सरल रिकर्सिव फ़ैक्टोरियल फ़ंक्शन fact(n) = n × fact(n − 1) कितना स्टैक स्पेस उपयोग करता है?

AO(n)
BO(log n)
CO(n²)
DO(1)

2.एल्गोरिदम और जटिलताकठिन

टोपोलॉजिकल सॉर्टिंग केवल किसके लिए संभव है?

Aअनडायरेक्टेड ग्राफ़
Bकम्प्लीट ग्राफ़
Cऋणात्मक वेट वाले ग्राफ़
Dडायरेक्टेड एसाइक्लिक ग्राफ़ (DAG)

3.डेटा संरचनाएँमध्यम

किनारों में गिनी गई ऊँचाई h वाले पर्फ़ेक्ट बाइनरी ट्री में कितने नोड होते हैं?

A2^h+1 − 1
B2^h
C2h + 1
Dh²

4.डेटा संरचनाएँकठिन

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

AO(α(n)), व्युत्क्रम एकरमान फ़ंक्शन, जो व्यवहार में लगभग स्थिर है
Bठीक O(log n)
CO(n²)
DO(n)

5.ग्राफ़ सिद्धांतमध्यम

एक संबद्ध ग्राफ़ में 13 शीर्ष और 18 कोरें हैं। स्पैनिंग ट्री बचाने के लिए कितनी कोरें k हटानी होंगी?

|V| = 13|E| = 18

k =

6.ग्राफ़ सिद्धांतकठिन

लंबाई 3 की कितनी वॉक E से B तक जाती हैं? वॉक में शीर्ष और कोरें दोहराई जा सकती हैं। संख्या को N कहें।

M = संलग्नता आव्यूहL = 3

N =

3विलयन

1.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: A · O(n)

यह उत्तर क्यों है

कोई भी कॉल लौटने से पहले रिकर्शन n कॉल गहरा होता है, और हर कॉल को एक स्टैक फ़्रेम चाहिए, इसलिए यह O(n) स्पेस लेता है।

उत्तर

A · O(n)

2.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: D · डायरेक्टेड एसाइक्लिक ग्राफ़ (DAG)

यह उत्तर क्यों है

टोपोलॉजिकल क्रम तभी और केवल तभी मौजूद होता है जब डायरेक्टेड ग्राफ़ में कोई चक्र न हो; इसे DFS या Kahn के एल्गोरिदम से O(V + E) में खोजा जा सकता है।

उत्तर

D · डायरेक्टेड एसाइक्लिक ग्राफ़ (DAG)

3.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: A · 2^h+1 − 1

यह उत्तर क्यों है

1 + 2 + 4 + ... + 2^h का योग 2^h+1 − 1 देता है; उदाहरण के लिए, ऊँचाई 2 से 7 नोड मिलते हैं।

उत्तर

A · 2^h+1 − 1

4.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: A · 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

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

5.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: k = 6

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; K_n 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

13 − 1 = 12

हटाई जाने वाली कोरें

k = 18 − 12 = 6

उत्तर

k = 6

6.ग्राफ़ सिद्धांत

उत्तर: N = 6

घात: किसी शीर्ष की घात उससे मिलने वाली कोरों की संख्या है। हर कोर के दो सिरे होते हैं, इसलिए घातों का योग कोरों की संख्या का दोगुना होता है: Σ deg(v) = 2|E| (हैंडशेक लेमा)। अतः विषम घात वाले शीर्षों की संख्या सम होती है। K_n में n(n − 1)/2 कोरें होती हैं, n शीर्षों पर k-नियमित ग्राफ़ में nk/2, और n शीर्षों वाले वृक्ष में n − 1 कोरें।

संलग्नता आव्यूह

A: 0 1 0 0 0

B: 1 0 1 1 1

C: 0 1 0 0 1

D: 0 1 0 0 1

E: 0 1 1 1 0

एक कदम और

(M³)_EB = 1·1 + 2·0 + 1·1 + 1·1 + 3·1 = 6

उत्तर

N = 6

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