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

बिना वेट वाले ग्राफ़ पर ब्रेड्थ-फ़र्स्ट सर्च (BFS) क्या खोजता है?

  1. Aसभी ग्राफ़ों में एक टोपोलॉजिकल क्रम
  2. Bप्रारंभिक नोड से एज की संख्या के अनुसार सबसे छोटे पथ
  3. Cमिनिमम स्पैनिंग ट्री
  4. Dऋणात्मक एज वेट वाले ग्राफ़ में सबसे छोटे पथ
2.एल्गोरिदम और जटिलताकठिन

केवल अंतिम दो मान रखने वाले लूप से n-वीं फ़िबोनाची संख्या की गणना की समय और स्पेस लागत क्या है?

  1. AO(2ⁿ) समय और O(1) स्पेस
  2. BO(log n) समय और O(n) स्पेस
  3. CO(n) समय और O(1) स्पेस
  4. DO(n) समय और O(n) स्पेस
3.डेटा संरचनाएँमध्यम

AVL ट्री हर नोड पर कौन-सी संतुलन शर्त बनाए रखता है?

  1. Aहर नोड के दोनों सबट्री में ठीक समान संख्या में नोड होते हैं
  2. Bहर नोड लाल या काले रंग का होता है
  3. Cबाएँ और दाएँ सबट्री की ऊँचाइयों में अधिकतम 1 का अंतर
  4. Dसभी लीफ़ ठीक समान गहराई पर होते हैं
4.डेटा संरचनाएँकठिन

रेड-ब्लैक ट्री को कौन-सा गुण अवश्य पूरा करना चाहिए?

  1. Aकिसी नोड से उसकी वंशज पत्तियों तक के हर पथ में काले नोड्स की संख्या समान होती है
  2. Bहर नोड लाल होना चाहिए
  3. Cहर लाल नोड के चाइल्ड लाल होने चाहिए, इसलिए लाल नोड्स पत्तियों तक अटूट शृंखला बनाते हैं
  4. Dरूट लाल होना चाहिए
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
5381413977ABCDEF

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 · प्रारंभिक नोड से एज की संख्या के अनुसार सबसे छोटे पथ

यह उत्तर क्यों है

BFS नोड्स को स्रोत से दूरी (एज) के क्रम में देखता है, इसलिए यह O(V + E) में सबसे छोटे बिना वेट वाले पथ खोजता है।

उत्तर

B · प्रारंभिक नोड से एज की संख्या के अनुसार सबसे छोटे पथ
2.एल्गोरिदम और जटिलता

उत्तर: C · O(n) समय और O(1) स्पेस

यह उत्तर क्यों है

हर चरण को केवल पिछले दो मान चाहिए, इसलिए बॉटम-अप विधि की तालिका को दो वेरिएबल से बदला जा सकता है।

उत्तर

C · O(n) समय और O(1) स्पेस
3.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: C · बाएँ और दाएँ सबट्री की ऊँचाइयों में अधिकतम 1 का अंतर

यह उत्तर क्यों है

बैलेंस फ़ैक्टर (बाएँ की ऊँचाई − दाएँ की ऊँचाई) −1, 0 या 1 होना चाहिए; इंसर्ट और डिलीट के बाद रोटेशन इसे बहाल करते हैं।

उत्तर

C · बाएँ और दाएँ सबट्री की ऊँचाइयों में अधिकतम 1 का अंतर
4.डेटा संरचनाएँ

उत्तर: A · किसी नोड से उसकी वंशज पत्तियों तक के हर पथ में काले नोड्स की संख्या समान होती है

यह उत्तर क्यों है

रेड-ब्लैक नियम: नोड लाल या काले होते हैं, रूट काला होता है, लाल नोड्स के चाइल्ड काले होते हैं, और सभी पथों की ब्लैक-हाइट समान होती है, जिससे ऊँचाई ≤ 2 log₂(n + 1) रहती है।

उत्तर

A · किसी नोड से उसकी वंशज पत्तियों तक के हर पथ में काले नोड्स की संख्या समान होती 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: d(F) = 23

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: 3
C (3): E: 16
B (5): D: 19
E (16): F: 23
D (19)
F (23)

सबसे छोटा पथ

A → C → E → F
d(F) = 23

उत्तर

d(F) = 23

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