Algoritmi e strutture dati: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 6 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Teoria dei grafi

Lemma delle strette di mano
Σ deg(v) = 2|E|
Grafi completi
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regolare
|E| = n·k/2
Albero e foresta
|E| = n − 1, |E| = n − c
Foglie di un albero
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Eulero
circuito: tutti i gradi pari; cammino: esattamente 2 gradi dispari
Cicli hamiltoniani in Kn
(n − 1)!/2
Aggiornamento di Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Cammini di lunghezza L
(Mᴸ)ij

Metodo

  1. Scrivi il grado di ogni vertice; la somma dei gradi è il doppio del numero di lati.
  2. Nelle domande su Eulero, verifica che il grafo sia connesso e conta i vertici di grado dispari.
  3. Per gli alberi, usa n − 1 lati e il lemma delle strette di mano.
  4. Per Dijkstra, tieni una tabella delle distanze provvisorie e a ogni passo fissa il vertice non ancora fissato con la distanza minima.
  5. Per un albero di copertura minimo, ordina i lati per peso e salta ogni lato che chiude un ciclo (Kruskal), oppure fai crescere un solo albero a partire da un vertice iniziale (Prim).

2Esercizi

1.Algoritmi e complessitàMedia

Qual è la complessità temporale dell'algoritmo di Bellman–Ford su un grafo con V vertici ed E archi?

  1. AO(V × E)
  2. BO(V³ × E)
  3. CO(E log V)
  4. DO(V + E)
2.Algoritmi e complessitàDifficile

Quali due cose bisogna dimostrare per provare che un problema decisionale X è NP-completo?

  1. AX è in P, e X si riduce a SAT
  2. BX non ha un algoritmo polinomiale, e X è decidibile
  3. CX è in NP, e un problema NP-completo noto si riduce a X in tempo polinomiale
  4. DX si riduce a un problema in P, e X è in NP
3.Strutture datiMedia

Come si trova la chiave minima in un albero binario di ricerca?

  1. ASi guarda solo la radice
  2. BSi visitano tutte le foglie e le si confronta
  3. CSi seguono i figli destri dalla radice finché non c'è più un figlio destro
  4. DSi seguono i figli sinistri dalla radice finché non c'è più un figlio sinistro
4.Strutture datiDifficile

Quale garanzia danno le regole degli alberi rosso-neri sull'altezza di un albero con n chiavi?

  1. AL'altezza è esattamente log2 n
  2. BL'altezza è al massimo log2 n + 1
  3. CL'altezza è al massimo 2 log2(n + 1)
  4. DL'altezza è al massimo n / 2
5.Teoria dei grafiMedia
ABCDECircuito eulerianoCammino euleriano, nessun circuitonessuna delle due

Il grafo connesso ha un circuito euleriano, un cammino euleriano che non è un circuito, oppure nessuno dei due? Clicca la tua risposta.

|V| = 5|E| = 6
  1. 1Circuito euleriano
  2. 2Cammino euleriano, nessun circuito
  3. 3nessuna delle due
6.Teoria dei grafiDifficile
4511773134ABCDEF

L’algoritmo di Dijkstra parte da A. Clicca il vertice che viene fissato (reso permanente) al passo 5; A stesso è il passo 1.

partenza: Apasso 5
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3Soluzioni

1.Algoritmi e complessità

Risposta: A · O(V × E)

Perché è questa la risposta

Ciascuno dei V − 1 turni rilassa tutti gli E archi, da cui O(VE); in cambio gestisce pesi negativi degli archi.

Risposta

A · O(V × E)
2.Algoritmi e complessità

Risposta: C · X è in NP, e un problema NP-completo noto si riduce a X in tempo polinomiale

Perché è questa la risposta

L'appartenenza a NP mostra che X non è più difficile di NP; la riduzione da un problema NP-completo noto mostra che X è almeno difficile quanto tutto NP.

Risposta

C · X è in NP, e un problema NP-completo noto si riduce a X in tempo polinomiale
3.Strutture dati

Risposta: D · Si seguono i figli sinistri dalla radice finché non c'è più un figlio sinistro

Perché è questa la risposta

Il nodo più a sinistra non ha chiavi minori nell'albero, quindi è il minimo; il costo è proporzionale all'altezza.

Risposta

D · Si seguono i figli sinistri dalla radice finché non c'è più un figlio sinistro
4.Strutture dati

Risposta: C · L'altezza è al massimo 2 log2(n + 1)

Perché è questa la risposta

Ogni cammino ha lo stesso numero di nodi neri e i nodi rossi non possono essere adiacenti, quindi il cammino più lungo è al massimo il doppio del più corto, il che dà un'altezza O(log n).

Risposta

C · L'altezza è al massimo 2 log2(n + 1)
5.Teoria dei grafi

Risposta: Cammino euleriano, nessun circuito

Eulero, Hamilton e alberi: un grafo connesso ha un circuito euleriano (ogni lato una volta, di nuovo al punto di partenza) quando ogni vertice ha grado pari, e un cammino euleriano che non è un circuito quando esattamente due vertici hanno grado dispari; il cammino va allora da un vertice dispari all’altro. Un ciclo hamiltoniano visita ogni vertice una volta; Kn ne ha (n − 1)!/2. Un albero con n vertici ha n − 1 lati, e un grafo connesso con m lati mantiene un albero di copertura dopo aver tolto m − n + 1 lati.

Gradi

deg(A) = 2, deg(B) = 4, deg(C) = 3, deg(D) = 1, deg(E) = 2

Vertici dispari

C, D → 2
Cammino euleriano, nessun circuito

Risposta

Cammino euleriano, nessun circuito

Il cammino euleriano parte da un vertice dispari e termina nell’altro.

6.Teoria dei grafi

Risposta: E

Cammini minimi e alberi di copertura: l’algoritmo di Dijkstra fissa un vertice per passo: il vertice non fissato con la distanza provvisoria minima. La sua distanza è allora definitiva, e ogni vertice adiacente v riceve d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). L’algoritmo di Kruskal costruisce un albero di copertura minimo prendendo i lati dal più leggero al più pesante e saltando ogni lato che chiuderebbe un ciclo; l’algoritmo di Prim fa crescere un solo albero da un vertice iniziale aggiungendo sempre il lato più leggero che ne esce. Un albero di copertura di n vertici ha n − 1 lati.

Dijkstra passo per passo

1. A (0): B: 4, C: 5
2. B (4): D: 11
3. C (5): E: 12
4. D (11): F: 24
5. E (12): F: 16
6. F (16)

passo 5

E

Risposta

E

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