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 −76 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 0111 0000 AND 1011 1100 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?
¬(r ↔ p) と論理的に同値な論理式はどれですか? クリックしてください。
否定を最も内側まで移したとき、¬∀x (A(x) → ∃y R(x, y)) と同値な主張はどれですか? クリックしてください。
カルノー図を使って F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 3, 5, 10, 11, 13, 15) の最小の積和形(SOP)を求めてください。リテラル L は合計でいくつ含まれますか(プライム付きの変数も 1 つのリテラルと数えます)?
正エッジトリガの T 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。
71 を法とする 53 の逆元を求めてください:0 < x < 71 かつ 53·x ≡ 1 (mod 71) を満たす数 x です。
メッセージ m = 350 を RSA 公開鍵 (n, e) = (493, 13) で暗号化してください。暗号文 c を求めてください。
漸化式 T(n) = T(n/2) + O(1) の解は何ですか?
閉路を作らない最も安い辺を繰り返し追加して最小全域木を求めるアルゴリズムはどれですか?
循環バッファ(リングバッファ)は一般的に何を実装するために使われますか。
AVL 木にキーを挿入すると、あるノードの左部分木が高くなりすぎました。新しいキーはその左の子の左部分木に入りました(左左の場合)。どのような修正が適用されますか。
完全グラフ K6 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。
ダイクストラ法を使って、重み付きグラフで A から F までの最短経路の長さd(F)を求めてください。
第一正規形(1NF)で求められるのは次のうちどれですか?
あるアプリは UPDATE item SET qty = 4, version = 8 WHERE id = 1 AND version = 7 を実行し、更新された行がなければ競合を報告します。これはどの手法ですか?
スイッチは通常 OSI のどの層で動作しますか?
無限カウント問題はどの種類のルーティングプロトコルで起こり、何がその対策になりますか?
あるサブネットはマスク 255.255.248.0 を使っています。使えるホストアドレスはいくつ H ありますか?
あるホストのアドレスは 10.20.120.117/25 です。そのサブネットのブロードキャストアドレスの最後の数(第 4 オクテット)x はいくつですか?
答え: U = 180
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 = 48
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。
AND は、両方のビットが 1 のところだけ 1 になります。
答え: r ↔ ¬p
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)。
縦線の後ろの列は、表示されている順の選択肢です。
答え: ∃x (A(x) ∧ ∀y ¬R(x, y))
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。
ほかの選択肢は、量化子がそのままになっているか、量化子の順序が変わっているか、内側の式の否定が間違っているかのどれかです。
答え: L = 8
カルノー図:セルはグレイコード(00, 01, 11, 10)の順に並んでいるので、端をまたぐものも含め、隣り合うセルはちょうど 1 つの変数だけが異なります。1 を、1, 2, 4, 8, 16 個のセルからなる長方形で、できるだけ大きく、できるだけ少ない数でグループ化し、すべての 1 を覆います。各グループは 1 つの積項で、グループの中で一定のままの変数からなります。2ᵏ 個のセルのグループでは k 個の変数が消えます。ドントケア(X)はグループを大きくするために使えますが、覆う必要はありません。代わりに 0 をグループ化すると、最小の POS 形が得られます。
各グループは 2ᵏ 個のセルからなる長方形です。端のセルは、反対側の端のセルと隣り合っています。
答え: クロックエッジ 3
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。
T フリップフロップは、T = 1 の立ち上がりエッジごとにトグルし、T = 0 では保持します。
答え: 53−1 mod 71 = 67
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·53 (mod 71) と書けます。
答え: c = 130
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: C · O(log n)
問題は各ステップで半分になり、各ステップの作業量は定数なので、ステップ数は約 log₂ n です。
答え: B · Kruskal 法
Kruskal は辺を重みの順にソートし、異なる連結成分をつなぐ辺を追加します。Prim は開始頂点から一つの木を成長させます。
答え: C · 固定サイズのキュー
リングバッファは回り込む head と tail のインデックスを使い、固定メモリで O(1) の enqueue と dequeue を実現します。
答え: B · 平衡が崩れたノードで 1 回の右回転
左左の場合は、1 回の右回転で左の子が持ち上がり、平衡が回復します。ジグザグの場合は二重回転が必要です。
答え: H = 60
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: d(F) = 9
最短経路と全域木:ダイクストラ法は毎ラウンド 1 つの頂点を確定します:暫定距離が最小の未確定の頂点です。その距離は最終となり、各隣接頂点 v は d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)) と更新されます。クラスカル法は、辺を軽い順に取り、閉路をつくる辺を飛ばして最小全域木をつくります。プリム法は、始点から 1 本の木を成長させ、その木から出る最も軽い辺を常に加えます。n 個の頂点の全域木には n − 1 本の辺があります。
各行:確定した頂点、その最終距離、距離が改善される隣接頂点。
答え: B · 各列が原子的な値を持ち、繰り返しグループがないこと
1NF では、各セルが原子的な値であり、行を一意に識別でき、繰り返しグループがないことが求められます。
答え: B · 楽観的同時実行制御
楽観的ロックは競合がまれであると想定し、書き込み時にバージョン列を確認して、その間に別のトランザクションが行を変更していれば失敗させます。
答え: D · データリンク層(レイヤー 2)
一般的なスイッチは MAC アドレスを学習し、レイヤー 2 でフレームを転送します。レイヤー 3 スイッチはルーティングも行います。
答え: D · ディスタンスベクター型。スプリットホライズンとポイズンリバース
障害の後、ディスタンスベクター型のルーターは古い経路を互いに広告し続け、メトリックがゆっくり増えていくことがあります。スプリットホライズン、ポイズンリバース、メトリックの上限がこれを抑えます。
答え: H = 2046
IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).
答え: x = 127
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。
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