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。

新しい問題科目に戻る

印刷ウィンドウで「PDF として保存」を選ぶと、コピーを端末に保存できます。

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

貪欲法(greedy algorithm)の説明として正しいものはどれですか?

  1. A再帰のみを使用する
  2. B各ステップで局所的に最良の選択をする
  3. C可能なすべての解を試す
  4. D常に最適解を与える
2.アルゴリズムと計算量むずかしい

P と NP に関する記述として正しいものはどれですか?

  1. AP ≠ NP であることが証明されている
  2. BNP の問題は高速に検証できない
  3. CP に属するすべての問題は NP にも属する
  4. DNP は "not polynomial" を意味する
3.データ構造ふつう

容量 n の配列に格納された循環キューで、インデックス i の次の位置はどのように計算されますか。

  1. A2i + 1
  2. Bi + 1
  3. C(i − 1) mod n
  4. D(i + 1) mod n
4.データ構造むずかしい

隣接行列として格納された V 頂点のグラフに対する幅優先探索の実行時間はどれですか。

  1. AO(V²)
  2. BO(E log V)
  3. CO(V + E)
  4. DO(V)
5.グラフ理論ふつう

木に 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?

2 × deg 5
L =
6.グラフ理論むずかしい
6131412123125ABCDEF

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。

始点:A終点:F
d(F) =

3溶液

1.アルゴリズムと計算量

答え: B · 各ステップで局所的に最良の選択をする

これが答えになる理由

貪欲法は高速で、一部の問題(例:Dijkstra、Huffman 符号化)では最適ですが、一般にはそうではありません(例:ある硬貨体系での両替問題)。

答え

B · 各ステップで局所的に最良の選択をする
2.アルゴリズムと計算量

答え: C · P に属するすべての問題は NP にも属する

これが答えになる理由

P ⊆ NP です。問題を高速に解けるなら、解も高速に検証できます。P = NP かどうかは未解決です。

答え

C · P に属するすべての問題は NP にも属する
3.データ構造

答え: D · (i + 1) mod n

これが答えになる理由

剰余演算によりインデックス n − 1 は 0 に戻るので、要素をずらさずに配列を再利用できます。

答え

D · (i + 1) mod n
4.データ構造

答え: A · O(V²)

これが答えになる理由

V 個の頂点のそれぞれが V 個の要素の行を走査するので O(V²) になります。隣接リストを使えば BFS は O(V + E) です。

答え

A · O(V²)
5.グラフ理論

答え: L = 8

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。

木の握手補題

L + 10 = 2(L + 2) − 2
L = 8

答え

L = 8

近道:次数 d ≥ 3 の頂点について L = 2 + Σ (d − 2) です。

6.グラフ理論

答え: d(F) = 21

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。

ダイクストラ法をラウンドごとに

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。

A (0): B: 6, C: 13
B (6): D: 18, E: 11
E (11): F: 23
C (13)
D (18): F: 21
F (21)

最短経路

A → B → D → F
d(F) = 21

答え

d(F) = 21

ExamProblems · examproblems.com/courses/data-structures-and-algorithms