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。
−55 を 8 ビットの 2 の補数パターンで表しなさい。そのパターンを符号なし 2 進数として読むと、10 進数での値 U はいくつですか?
ビットを 1110 1101 AND 0110 1110 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 ∨ ¬r 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) → q; p; ¬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 = C、I₁ = 0、I₂ = C′、I₃ = 0 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 JK フリップフロップが Q = 0 から始まり、7 回の立ち上がりクロックエッジで図の入力を受け取ります。Q は何回N状態を変えますか?
62x ≡ 38 (mod 65) を解いてください。0 < x < 65 を満たす解 x を答えてください。
メッセージ m = 67 を RSA 公開鍵 (n, e) = (2021, 17) 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 − 1) + O(1) の解は何ですか?
新しい問題 X が NP 困難であることを示すには、何をしなければなりませんか?
二分ヒープに新しい要素はどのように挿入されますか。
ランクによる併合(union by rank)と経路圧縮(path compression)を用いた union-find(素集合)構造の、1 操作あたりの償却コストはどれですか。
木に 次数 3 の頂点が 4 個, 次数 4 の頂点が 2 個, 次数 5 の頂点が 2 個 があり、ほかのすべての頂点は葉(次数 1)です。葉は何枚Lありますか?
B 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。
顧客ごとの注文数を返すクエリはどれですか?
あるレポート用データベースは、結合を避けるために顧客名を orders テーブルにコピーしています。この非正規化の主なコストは何ですか?
IPv6 のループバックアドレスは何ですか?
SYN フラッド攻撃で、攻撃者が枯渇させようとしているリソースは何ですか?
あるサブネットはマスク 255.255.255.192 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 172.20.4.175/19 です。そのサブネットのブロードキャストアドレスの第 3 オクテット x はいくつですか?
答え: U = 201
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。
答え: R = 108
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: 恒真式
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: ¬r
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 = 2
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: N = 5
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。
JK フリップフロップ:00 は保持、01 はリセット(Q = 0)、10 はセット(Q = 1)、11 はトグルです。
答え: x = 9
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)。
答え: c = 885
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: B · O(n)
配列の再帰的な総和のように、定数の作業量をもつ段階が n 個あります。
答え: D · 既知の NP 困難な問題を多項式時間で X に帰着させる
既知の困難な問題を効率よく X に変換できれば、X に対する高速なアルゴリズムは既知の問題も解くことになります。
答え: D · 配列の末尾に置き、ヒープ性に反している間は上へ移動させる(sift up)
末尾に追加することで木は完全なまま保たれ、親との交換によって O(log n) ステップで順序が回復します。
答え: B · O(α(n))(逆アッカーマン関数)で、実用上は定数
両方の最適化を行うと、操作の償却時間は O(α(n)) になります。現実的なあらゆる n に対して α(n) ≤ 4 です。
答え: L = 16
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。
近道:次数 d ≥ 3 の頂点について L = 2 + Σ (d − 2) です。
答え: N = 3
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: B · SELECT customer_id, COUNT(*) FROM orders GROUP BY customer_id
GROUP BY customer_id で顧客ごとに 1 つのグループが作られ、COUNT(*) が各グループの行数を数えます。
答え: D · 顧客データが変わるたびに、冗長なコピーの整合性を保たなければならない
非正規化は読み取りを速くしますが冗長性を戻してしまうため、更新ではすべてのコピーを変更しなければならず、そうしないと異常が生じます。
答え: A · ::1
::1 はループバックアドレスです。:: は未指定アドレス、fe80::/10 はリンクローカル、ff02::1 は全ノードマルチキャストグループです。
答え: B · サーバーのハーフオープン接続のテーブル
SYN のたびにサーバーは状態を確保し、来ることのない ACK を待ちます。SYN Cookie は、ハンドシェイクが完了するまで状態を保存しないことでこれを回避します。
答え: H = 62
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 = 31
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).
ExamProblems · examproblems.com/courses/computer-science-fundamentals