データ構造とアルゴリズム：直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、6 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。

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1公式と解法

グラフ理論

握手補題
Σ deg(v) = 2|E|
完全グラフ
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
正則グラフ
|E| = n·k/2
木と森
|E| = n − 1, |E| = n − c
木の葉
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
オイラー
閉路：すべての次数が偶数； 路：奇数次数がちょうど 2 つ
Kn のハミルトン閉路
(n − 1)!/2
ダイクストラ法の更新
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
長さ L の歩道
(Mᴸ)ij

解き方

  1. 各頂点の次数を書き出します。次数の総和は辺の数の 2 倍になります。
  2. オイラーの問題では、グラフが連結であることを確かめ、奇数次数の頂点を数えます。
  3. 木では、辺が n − 1 本であることと握手補題を使います。
  4. ダイクストラ法では、暫定距離の表をつくり、毎回、未確定の頂点のうち最小のものを確定します。
  5. 最小全域木では、辺を重みの順に並べ、閉路をつくる辺を飛ばす方法（クラスカル法）か、始点から 1 本の木を成長させる方法（プリム法）を使います。

2演習問題

1.アルゴリズムと計算量ふつう

動的計画法（dynamic programming）が有効なのは、問題が次の性質を持つときです。

  1. A重複する部分問題と最適部分構造
  2. Bループが一つだけ
  3. Cランダムな入力のみ
  4. D部分問題がまったくないので、1 ステップで解ける
2.アルゴリズムと計算量むずかしい

極大マッチングのすべての辺の両端点をとると頂点被覆が得られます。この被覆はどれくらいよいですか？

  1. A最小頂点被覆のサイズの高々 2 倍
  2. B最小値の高々 log n 倍
  3. C常に最小頂点被覆
  4. D最適解と比べた品質は不明
3.データ構造ふつう

負荷率がしきい値を超えた後にハッシュテーブルが再ハッシュ（rehash）すると、何が起こりますか。

  1. A既存のキーがその場でソートされる
  2. Bより大きなテーブルが確保され、すべてのキーが挿入し直される
  3. C衝突しているキーだけが、テーブルの末尾にある新しいオーバーフローリストに移される
  4. D場所を空けるために最も古いキーが削除される
4.データ構造むずかしい

異なるキーをもつ二分木を常に一意に決定する走査の組はどれですか。

  1. A行きがけ順と通りがけ順
  2. B行きがけ順と帰りがけ順
  3. Cレベル順だけ
  4. D行きがけ順だけ
5.グラフ理論ふつう
ABCDEFオイラー閉路オイラー路あり、閉路なしどちらでもない

この連結グラフには、オイラー閉路、閉路でないオイラー路、またはどちらもないのうち、どれがありますか？ 答えをクリックしてください。

|V| = 6|E| = 7
  1. 1オイラー閉路
  2. 2オイラー路あり、閉路なし
  3. 3どちらでもない
6.グラフ理論むずかしい
ABCDEF

D から C への長さ 2 の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。

M = 隣接行列L = 2
N =

3溶液

1.アルゴリズムと計算量

答え: A · 重複する部分問題と最適部分構造

これが答えになる理由

重複する部分問題の結果を保存する（メモ化または表計算）ことで繰り返しの処理を避け、指数時間のアルゴリズムを多項式時間に変えられます。

答え

A · 重複する部分問題と最適部分構造
2.アルゴリズムと計算量

答え: A · 最小頂点被覆のサイズの高々 2 倍

これが答えになる理由

マッチングの辺は頂点を共有しないので、最適解には辺ごとに少なくとも 1 頂点が必要ですが、この方法は 2 頂点をとります。つまり 2 近似です。

答え

A · 最小頂点被覆のサイズの高々 2 倍
3.データ構造

答え: B · より大きなテーブルが確保され、すべてのキーが挿入し直される

これが答えになる理由

インデックスはテーブルのサイズを法として計算されるので、すべてのキーを新しい大きなテーブルに再ハッシュしなければなりません。サイズを 2 倍にすれば、ならしで O(1) のままです。

答え

B · より大きなテーブルが確保され、すべてのキーが挿入し直される
4.データ構造

答え: A · 行きがけ順と通りがけ順

これが答えになる理由

行きがけ順は根を与え、通りがけ順の系列におけるその位置が左右の部分木を分けます。行きがけ順と帰りがけ順の組は、子が 1 つだけのノードがあるとあいまいになります。

答え

A · 行きがけ順と通りがけ順
5.グラフ理論

答え: どちらでもない

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。

次数

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

奇数次数の頂点

B, C, D, F → 4
どちらでもない

答え

どちらでもない
6.グラフ理論

答え: N = 1

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。

隣接行列

A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 1 0 1 0
C: 1 1 0 0 1 0
D: 0 0 0 0 1 1
E: 0 1 1 1 0 0
F: 0 0 0 1 0 0

共通の隣接頂点

(M²)DC = 0·1 + 0·1 + 0·0 + 0·0 + 1·1 + 1·0 = 1

答え

N = 1

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