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 ビットのパターン 1100 1000 は、符号付き整数を 2 の補数で表しています。10 進数での値 N はいくつですか?
ビットを 1100 0110 >> 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) → q) は恒真式、矛盾、そのどちらでもない式のうちのどれですか? 答えをクリックしてください。
前提 p → r; ¬r 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。
カルノー図を使って F(A, B, C, D) = Σm(3, 5, 11, 14, 15) の最小の和積形(POS)を求めてください。和項(因数)N はいくつありますか?
ジョンソン(ツイストリング)カウンタが 3 個の D フリップフロップでつくられ、反転した最後の出力が最初の入力に戻されていて、すべて 0 から始まります。いくつの異なる状態 N を通りますか?
71 を法とする 23 の逆元を求めてください:0 < x < 71 かつ 23·x ≡ 1 (mod 71) を満たす数 x です。
ある RSA 鍵は p = 29、q = 43、e = 13 を使います。暗号文 c = 506 を復号して、メッセージ m 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?
動的計画法で解く 0/1 ナップサック問題は O(nW) 時間かかります。これが擬多項式(pseudo-polynomial)と呼ばれるのはなぜですか?
ある二分木の根は 1 で、左の子が 2、右の子が 3 です。ノード 2 の子は 4(左)と 5(右)です。行きがけ順の走査はどれですか。
データベースやファイルシステムで B 木が使われるのはなぜですか。
完全グラフ K7 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。
SELECT name, CASE WHEN grade >= 5.5 THEN 'pass' ELSE 'fail' END FROM results は何を返しますか?
SELECT day, SUM(amount) OVER (ORDER BY day) FROM sales は何を計算しますか?
192.168.0.0/24 と 192.168.1.0/24 の両方を集約する 1 つのプレフィックスはどれですか?
DNS キャッシュポイズニング攻撃の目的は何ですか?
ネットワーク 10.167.124.0/22 を、プレフィックス /27 の等しいサブネットに分割します。サブネットはいくつ N ありますか?
あるホストのアドレスは 10.20.194.218/30 です。そ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: N = −56
位取り記数法:各桁の値は、その数字に基数のべき乗を掛けたものです。2 進数では各桁の重みが 1、2、4、8、16、…、16 進数では 1、16、256、… で、A–F は 10–15 を表します。8 ビットの 2 の補数では、最上位ビットの重みが +128 ではなく −128 になり、こうして負の数を表します。
ほかのビットは通常の正の重みのままです。
答え: R = 24
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: 矛盾(恒偽式)
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)。
答え: ¬p
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
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。
同じ大きさの別のグループ分けもあります。項の数もリテラルの数も同じです。
答え: N = 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。
答え: 23−1 mod 71 = 34
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·23 (mod 71) と書けます。
答え: m = 908
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: A · 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 · W は数値なので、実行時間は W を書くのに使うビット数に対して指数的になるから
実行時間は W の値に対しては多項式ですが、その長さ(log W ビット)に対しては指数的です。0/1 ナップサック問題は NP 完全です。
答え: C · 1 2 4 5 3
行きがけ順では 1、次にその左部分木(2, 4, 5)、次に 3 を訪問します。他の選択肢は通りがけ順、帰りがけ順、レベル順です。
答え: C · 分岐数が大きいため木が浅く保たれ、遅いディスク読み込みが減るから
B 木は 1 つのノードに多くのキーを格納するため高さが小さく、1 回の検索に必要なブロック読み込みが少なくて済みます。B+ 木はさらに範囲走査のために葉同士をつなぎます。
答え: H = 360
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) = 22
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: D · 成績に応じて 'pass' か 'fail' のラベルが付いた各名前
CASE 式は行ごとに条件を評価し、一致する値を返すため、すべての行にラベルが付きます。
答え: C · day の順に並べた amount の累計
ORDER BY があって明示的なフレームがない場合、ウィンドウは最初の行から現在の行(とその同順位の行)までとなり、累積和が得られます。
答え: B · 192.168.0.0/23
0 と 1 は第 3 オクテットの最後のビット以外をすべて共有するので、プレフィックスを 1 ビット短くした 192.168.0.0 から始まる /23 が両方をちょうどカバーします。
答え: B · リゾルバーにドメインの偽の IP アドレスを保存させること
ポイズニングはリゾルバーのキャッシュに偽造レコードを挿入します。DNSSEC は署名を追加し、リゾルバーがレコードを検証できるようにします。
答え: N = 32
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).
各 /27 サブネットには 25 − 2 = 30 個の使えるホストがあります。
答え: x = 216
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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