記数法
- 位取り
- 2 進数 2k、8 進数 8k、16 進数 16k
- 10 進数へ
- Σ dk·bk
- 10 進数から
- 基数で割り、余りを下から上へ読む
- 16 進数 ↔ 2 進数
- 16 進数 1 桁 = 4 ビット
- 2 の補数
- ビットを反転して 1 を足す
公式集、全トピックの解法の要点、20 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。
8 ビットの 2 の補数で −56 を格納するようにビットを設定します。符号なしの数として読むと、このパターンの値 U はいくつですか?
ビットを 1101 0101 >> 3 の 8 ビットの結果に設定します。結果の値 R は 10 進でいくつですか?
(q ∧ r) → p を対偶によって証明しようとしています。代わりに証明する含意はどれですか? クリックしてください。
前提 r ∨ p; ¬r ∨ q が与えられています。そこから導かれる結論はどれですか? クリックしてください。
4 対 1 マルチプレクサの選択入力が S₁ = A、S₀ = B で、データ入力は I₀ = 1、I₁ = C′、I₂ = C、I₃ = C につながれています。A, B, C の 8 通りの組み合わせのうち、出力 F = 1 になるのはいくつですか? N を求めてください。
正エッジトリガの D フリップフロップが Q = 0 から始まり、図の入力を受け取ります。Q が 1 から 0 に戻る最初のクロックエッジをクリックしてください。
19 を法とする 10 の逆元を求めてください:0 < x < 19 かつ 10·x ≡ 1 (mod 19) を満たす数 x です。
ある RSA 鍵は、素数 p = 17 と q = 31、公開指数 e = 17 を使います。秘密指数 d(0 < d < φ(n))を求めてください。
プリム法は最小全域木をどのように構築しますか?
クラス NP の定義として正しいものはどれですか?
深さ優先探索(反復版)で使われるデータ構造はどれですか。
n 個の数からなるストリームから、O(k) のメモリで最小の k 個の値を保持しなければなりません。O(n log k) 時間で動作する方法はどれですか。
完全グラフ K4 には、異なるハミルトン閉路が何個Hありますか? 始点や向きだけが異なる閉路は同じものとして数えます。
F を始点かつ終点とする、長さ 2 の閉じた歩道はいくつありますか? 歩道では頂点や辺を繰り返してもかまいません。その数を N とします。
2 つの SELECT クエリの間で使う INTERSECT は何を返しますか?
多くの DBMS が、排他ロックをコミットまで保持する厳格な 2 相ロックを使うのはなぜですか?
/20 に対応するサブネットマスクはどれですか?
冗長なスイッチ間リンクを持つネットワークで、ブロードキャストのループを防ぐ仕組みはどれですか?
ある部署では、1 つのサブネット内に 1411 個のホストアドレスが必要です。十分な大きさとなる最長のプレフィックス長 p(最小のサブネット)はいくつですか?
ネットワーク 192.168.21.0/24 を、次の LAN 用に VLSM で分割します:A: 15 ホスト, B: 6 ホスト, C: 20 ホスト, D: 13 ホスト, E: 56 ホスト。サブネットは .0 から順に、ホスト数が最も多い LAN から、収まる最小のサブネットで割り当てます。LAN C のネットワークアドレスの第 4 オクテット x はいくつですか?
答え: U = 200
ビットの設定:各ビットは 2 のべき乗(128、64、…、1)の値をもちます。16 進の 1 桁はちょうど 4 ビットで、8 ビットの 2 の補数では、いちばん左のビットの値は −128 です。ビット演算は、各ビット位置を別々に扱います。
答え: R = 26
ビットの設定:各ビットは 2 のべき乗(128、64、…、1)の値をもちます。16 進の 1 桁はちょうど 4 ビットで、8 ビットの 2 の補数では、いちばん左のビットの値は −128 です。ビット演算は、各ビット位置を別々に扱います。
3 だけ右にシフトすると、すべてのビットが 3 桁右へ動きます。右端からはみ出したビットは失われ、左側には 0 が入ります。
答え: ¬p → ¬(q ∧ r)
論理的同値:2 つの論理式は、真理値表のすべての行で同じ値をとるとき同値(≡)です。恒真式(トートロジー)はすべての行で 1、矛盾(恒偽式)はすべての行で 0、どちらでもないものは充足可能な非恒真式です。役に立つ法則:ド・モルガンの法則 ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b と ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b、a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a(対偶)、¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b、そして分配法則 a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c)。
対偶は元の主張と同値なので、それを証明すれば元の主張が証明できます。
答え: p ∨ q
量化子と論証:¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x)、¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)。否定を内側へ移し、通過する量化子をすべて入れ替え、内側の式は ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b のような命題論理の法則で否定します。論証は、すべての前提が 1 であるどの行でも結論が 1 のとき、妥当です。前提が真で結論が偽になる行が 1 つでもあれば、それは反例であり、その論証が妥当でないことを示します。
答え: N = 5
マルチプレクサ:2ⁿ 対 1 のマルチプレクサは、データ入力の 1 つを出力に通します。選択線を 2 進数として読んだ値が、どれを通すかを決めます。選択線 S₁S₀ = AB の 4 対 1 MUX では、F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃ です。データ入力を 0, 1, C, C′ につなぐと、MUX は A, B, C の任意の関数を出力でき、1 つのチップで論理をつくる一般的な方法です。
答え: クロックエッジ 6
フリップフロップとカウンタ:フリップフロップは、有効なクロックエッジでだけ変化します。D は入力をコピーし(Q⁺ = D)、T は T = 1 のときトグルし、JK は 00 で保持、01 でリセット、10 でセット、11 でトグルします。n ビットの 2 進カウンタには 2ⁿ 個の状態があり、2ⁿ を法として数えます。mod-N カウンタは 0, 1, …, N − 1 と数えて 0 に戻り、2ⁿ ≥ N を満たす最小の n 個のフリップフロップが必要です。リップルカウンタの各段は周波数を半分にするので、mod-N カウンタの最後の出力は fclk/N で動作します。n 個のフリップフロップのジョンソンカウンタには 2n 個の状態があり、リングカウンタには n 個あります。
D フリップフロップは、立ち上がりエッジごとに D をコピーします:Q⁺ = D。
答え: 10−1 mod 19 = 2
逆元と合同式:a が n を法として逆元をもつのは、gcd(a, n) = 1 のときに限ります。拡張ユークリッドの互除法で 1 = s·n + t·a と書くと、a⁻¹ ≡ t (mod n) です。gcd(a, n) = 1 のとき、合同式 a·x ≡ b (mod n) の解は x ≡ a⁻¹·b です。法が互いに素な 2 つの合同式 x ≡ r₁ (mod m₁) と x ≡ r₂ (mod m₂) には、m₁·m₂ を法として 1 つの解があります(中国の剰余定理)。オイラーの φ(n) は、1 から n までの数のうち n と互いに素なものの個数です:φ(n) = n·∏(1 − 1/p)。
各余り r は r ≡ t·10 (mod 19) と書けます。
答え: d = 113
冪剰余と RSA:aᵏ mod n は反復二乗法で計算します:k を 2 進数で書き、二乗し、毎回簡約し、ビットが 1 の冪を掛けます。フェルマー:素数 p が a を割り切らないとき aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) なので、指数は p − 1 を法として簡約できます。RSA:素数 p と q を選び、n = p·q、φ(n) = (p − 1)(q − 1) とします。公開指数 e は φ(n) と互いに素で、秘密指数は d = e⁻¹ mod φ(n) です。暗号化は c = mᵉ mod n、復号は m = cᵈ mod n で行います。
答え: D · 開始頂点から 1 本の木を成長させ、木から出る最も安い辺を加える
木をまたぐ辺の優先度付きキューを用いるプリム法は、二分ヒープを使うと O(E log V) で動作します。
答え: D · 証拠(certificate)が与えられれば、「はい」の答えを多項式時間で検証できる決定問題
NP の問題では、たとえば与えられた割り当てがブール式を充足することの確認のように、提案された解(証拠)をすばやく検証できます。
答え: C · スタック
DFS はできるだけ深く探索するため、自然にスタック(または再帰の呼び出しスタック)を使います。BFS はキューを使います。
答え: A · サイズ k の最大ヒープを使い、より小さい値が来たら根を置き換える
最大ヒープの根は保持している値の最大値です。それより小さい新しい値は O(log k) でそれと置き換わるので、ヒープは常にそれまでの最小の k 個を保持します。
答え: H = 3
オイラー、ハミルトン、木:連結グラフは、すべての頂点の次数が偶数のときオイラー閉路(すべての辺を 1 回ずつ通って始点に戻る)をもち、ちょうど 2 つの頂点の次数が奇数のとき、閉路でないオイラー路をもちます。その路は、一方の奇数次数の頂点から他方へ通ります。ハミルトン閉路はすべての頂点を 1 回ずつ訪れ、Kn には (n − 1)!/2 個あります。n 個の頂点をもつ木には n − 1 本の辺があり、m 本の辺をもつ連結グラフは、m − n + 1 本の辺を取り除いても全域木が残ります。
答え: N = 2
次数:頂点の次数は、その頂点に接する辺の数です。どの辺にも端が 2 つあるので、次数の和は辺の数の 2 倍になります:Σ deg(v) = 2|E|(握手補題)。したがって、奇数次数の頂点の数は偶数です。Kn には n(n − 1)/2 本の辺があり、n 個の頂点をもつ k 正則グラフには nk/2 本、n 個の頂点をもつ木には n − 1 本の辺があります。
答え: D · 両方の結果に現れる行
INTERSECT は両方のクエリに存在する行だけを残し、UNION と同様にデフォルトで重複を取り除きます。
答え: D · 誰も未コミットの書き込みを読めないので、連鎖的なアボートを防げるから
基本的な 2PL は直列化可能性を保証しますが、書き込みロックを早く解放すると、後でロールバックされるデータをほかが読んでしまうことがあります。厳格な 2PL はこれを避けます。
答え: D · 255.255.240.0
/20 は 8 + 8 + 4 個の 1 のビットを意味します。第 3 オクテットの 4 つの 1 のビットは 11110000 = 240 なので、マスクは 255.255.240.0 です。
答え: C · スパニングツリープロトコル(Spanning Tree Protocol)
STP はルートブリッジを選出して冗長な経路をブロックし、アクティブなリンクに障害が発生するとブロックを解除します。
答え: p = 21
IPv4 サブネット化:アドレスは 32 ビットです。プレフィックス /p は先頭の何ビットがネットワークを表すかを示し、残りの 32 − p ビットでホストを番号付けします。サブネットには 2³²⁻ᵖ 個のアドレスがありますが、最初(ネットワークアドレス)と最後(ブロードキャストアドレス)はホストに割り当てられないため、2³²⁻ᵖ − 2 台のホストが収まります。 例外:/31(ポイントツーポイントリンク、RFC 3021)は 2 つのアドレスを両方ともホストに使い、/32 は単一のアドレス(単一ホストまたはループバック)です。
答え: x = 64
VLSM:各 LAN には 2ʰ − 2 ≥ ホスト数 となる最小のサブネット、つまりプレフィックス 32 − h を割り当てます。大きいサブネットから割り当てると、各ブロックは自身のサイズの倍数にそろうので、ネットワークアドレスはブロックサイズを足し合わせて求まります。
LAN C:192.168.21.64/27。
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