컴퓨터과학 기초: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 20개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

진법

자릿값: 2진수 2^k, 8진수 8^k, 16진수 16^k
10진수로: Σ d_k·b^k
10진수에서: 기수로 나누고, 나머지를 아래에서 위로 읽음
16진수 ↔ 2진수: 16진수 한 자리 = 4비트
2의 보수: 비트를 반전하고 1을 더함

명제논리와 증명

진리표의 행 수: 2ⁿ
함의: p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
함의의 부정: ¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
쌍조건: p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
드모르간 법칙: ¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
분배법칙: p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
한정자의 부정: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
전건 긍정법, 후건 부정법: p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

방법

서로 다른 변수의 개수를 세세요. 진리표는 2ⁿ개의 행을 가지며, 첫 행은 모두 1입니다.
모든 부분식에 각각 열을 하나씩 주고, 안쪽부터 바깥쪽으로 열을 채우세요.
각 연결자의 규칙을 적용하세요. →는 1 → 0일 때만 0이고, ↔는 양쪽이 같을 때 1입니다.
동치는 마지막 열을 행마다 비교하고, 논증은 모든 전제가 1인 행만 살펴보세요.
한정된 문장을 부정하려면 ¬를 안쪽으로 옮기고, ∀와 ∃를 서로 바꾸고, 안쪽 식을 부정하세요.

디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

기본 게이트: A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
불 규칙: X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
드모르간 법칙: (X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
카르노 맵의 순서: 00, 01, 11, 10 (Gray code)
2ᵏ칸의 그룹: 변수 k개를 잃음
4-대-1 멀티플렉서: F = A′B′I₀ + A′BI₁ + AB′I₂ + ABI₃
플립플롭: D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
카운터: n비트: 2ⁿ개 상태; mod-N: 2ⁿ ≥ N인 가장 작은 n; f_out = f_clk/N
리플 카운터: f_max = 1/(n·t_pd)
링 카운터와 존슨 카운터: 상태 n개와 2n개

방법

회로는 입력에서 출력까지 게이트를 하나씩 따라가며 모든 선에 값을 적거나, 식을 쓰고 진리표를 채우세요.
간소화할 때는 1(그리고 무정의항은 X)을 그레이 코드 행과 열(00, 01, 11, 10)을 가진 카르노 맵에 넣으세요.
1들을 1, 2, 4, 8, 16칸의 가능한 한 적고 큰 그룹으로 덮되 가장자리를 넘어 이어 보세요. 각 그룹은 일정하게 유지되는 변수로 이루어진 곱항 하나입니다. POS 형태는 0들을 묶으세요.
플립플롭과 카운터는 활성 클록 에지마다 입력을 읽고, 에지마다 상태를 적고, n비트 카운터는 2ⁿ개 상태 뒤에 되돌아간다는 것을 기억하세요.

정수론과 모듈러 연산

나머지가 있는 나눗셈: a = q·n + r, 0 ≤ r < n
유클리드: gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
최소공배수: lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
역행렬: a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
일차 합동식: a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
오일러 피 함수: φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
페르마: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA: n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n

방법

먼저 모든 수를 n으로 나눈 나머지로 줄이세요. 나머지는 0부터 n − 1 사이에 있습니다.
최대공약수는 유클리드 호제법으로 계속 나누세요. 0이 아닌 마지막 나머지가 최대공약수입니다.
역원은 확장 알고리즘을 실행해 a의 계수를 취하고, 음수이면 n을 더하세요.
a·x ≡ b는 a⁻¹을 곱해서 풀고, 두 합동식은 x = r₁ + m₁k로 써서 합치세요.
거듭제곱은 지수를 이진수로 쓰고 거듭 제곱하세요. RSA에서는 d = e⁻¹ mod φ(n)이고 φ(n) = (p − 1)(q − 1)입니다.

그래프 이론

악수 보조정리: Σ deg(v) = 2|E|
완전그래프: |E(K_n)| = n(n − 1)/2, |E(K_m,n)| = m·n
정규그래프: |E| = n·k/2
트리와 포리스트: |E| = n − 1, |E| = n − c
트리의 잎: L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
오일러: 회로: 모든 차수가 짝수; 경로: 차수가 홀수인 정점이 정확히 2개
K_n의 해밀턴 회로: (n − 1)!/2
다익스트라 갱신: d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
길이 L의 보행: (Mᴸ)_ij

방법

모든 정점의 차수를 적으세요. 차수의 합은 간선 수의 두 배입니다.
오일러 문제에서는 그래프가 연결되어 있는지 확인하고 차수가 홀수인 정점의 수를 세세요.
트리에서는 간선이 n − 1개라는 사실과 악수 보조정리를 사용하세요.
다익스트라에서는 임시 거리 표를 만들고, 매 단계마다 확정되지 않은 정점 중 거리가 가장 작은 정점을 확정하세요.
최소 신장 트리는 간선을 가중치 순으로 정렬해 사이클을 만드는 간선을 건너뛰거나(크루스칼), 시작 정점에서 트리 하나를 키워 가세요(프림).

IPv4 서브네팅

서브넷당 호스트 수: 2^{(32 − prefix)} − 2 (/31: 2, /32: 1)
블록 크기: 256 − (mask octet)
네트워크 주소: IP AND 마스크
브로드캐스트 주소: IP OR (NOT 마스크): 호스트 비트를 모두 1로
n비트를 빌렸을 때의 서브넷 수: 2ⁿ

2연습 문제

1.진법보통

8비트 패턴 1000 0011는 부호 있는 정수를 2의 보수로 저장합니다. 10진수 값 N는 얼마일까요?

1000 00118 bit

N =

2.진법어려움

1101 1101 >> 2의 8비트 결과가 되도록 비트를 설정하세요. 결과의 값 R은 십진수로 얼마입니까?

1101 1101>> 2

R =

3.명제논리와 증명보통

¬(r ∨ q)와(과) 논리적으로 동치인 식은 어느 것인가? 클릭하세요.

¬(r ∨ q)

1r ∨ ¬q
2¬r ∧ ¬q
3¬r ∨ ¬q
4¬r ∧ q

4.명제논리와 증명어려움

전제 q → p; r → p과(와) 결론 q → r을(를) 가진 논증은 타당하지 않다. 반례가 되는 진리표의 행을 클릭하세요.

q → pr → p∴ q → r

1p = 1, q = 1, r = 1
2p = 1, q = 1, r = 0
3p = 1, q = 0, r = 1
4p = 1, q = 0, r = 0
5p = 0, q = 1, r = 1
6p = 0, q = 1, r = 0
7p = 0, q = 0, r = 1
8p = 0, q = 0, r = 0

5.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭보통

카르노 맵으로 F(A, B, C) = Σm(0, 1, 2, 4, 5)의 최소 곱의 합(SOP) 형태를 구하시오. 곱항은 몇 개(N)인가?

F(A, B, C) = Σm(0, 1, 2, 4, 5)

N =

6.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭어려움

d가 무정의항을 나타낼 때 F(A, B, C, D) = Σm(3, 4, 9, 10, 13, 15) + d(7, 11)의 필수 소 임플리컨트의 개수 N을(를) 구하시오.

F(A, B, C, D) = Σm(3, 4, 9, 10, 13, 15) + d(7, 11)

N =

7.정수론과 모듈러 연산보통

53을(를) 법으로 하는 31의 역원, 곧 0 < x < 53이고 31·x ≡ 1 (mod 53)인 수 x을(를) 구하시오.

a = 31n = 53

31⁻¹ mod 53 =

8.정수론과 모듈러 연산어려움

RSA 키가 p = 17, q = 41, e = 13를 쓴다. 암호문 c = 445을(를) 복호화하시오. 메시지 m을(를) 구하시오.

p = 17q = 41e = 13c = 445

m =

9.알고리즘과 복잡도보통

for i = 1 to n: for j = 1 to i: O(1) 작업 수행 — 이 코드의 시간 복잡도는 무엇입니까?

AO(n³)
BO(n)
CO(n²)
DO(n log n)

10.알고리즘과 복잡도어려움

한 번 증가할 때 많은 비트가 뒤집힐 수 있다는 점을 고려할 때, 이진 카운터 증가의 분할 상환 비용은 얼마입니까?

A증가당 O(n log n)
B증가당 O(log n)
C증가당 O(n)
D증가당 O(1)

11.자료구조보통

무방향 그래프의 인접 행렬에 대해 참인 것은 무엇입니까?

A각 행에 1이 정확히 하나 있다
B주대각선에는 항상 1이 들어 있다
C주대각선에 대해 대칭이다
D항상 상삼각 행렬이다

12.자료구조어려움

크러스컬의 최소 신장 트리 알고리즘에서 union-find 구조는 무엇에 사용됩니까?

A탐색 중 각 정점의 출발점으로부터의 현재 거리를 저장하는 것
B간선을 가중치순으로 정렬하는 것
C시작 정점을 고르는 것
D간선의 두 끝점이 이미 연결되어 있는지 확인하는 것

13.그래프 이론보통

트리에 차수가 5인 정점 4개, 차수가 2인 정점 3개이(가) 있고 나머지 정점은 모두 잎(차수 1)이다. 잎은 몇 개(L)인가?

4 × deg 53 × deg 2

L =

14.그래프 이론어려움

가중 그래프의 최소 신장 트리의 총 가중치 W을(를) 구하시오.

|V| = 7|E| = 9

W =

15.데이터베이스와 SQL보통

데이터베이스 트리거란 무엇입니까?

A테이블에 INSERT, UPDATE, DELETE 같은 지정된 이벤트가 발생할 때 자동으로 실행되는 코드
B데이터베이스의 예약된 백업
C검색 속도를 높이는 인덱스의 한 종류
D사용자가 직접 실행하는 쿼리

16.데이터베이스와 SQL어려움

3NF와 비교하여 테이블을 BCNF로 분해할 때 알려진 단점은 무엇입니까?

A일부 함수 종속성을 더 이상 하나의 테이블 안에서 검사할 수 없을 수 있다
BBCNF는 3NF보다 더 많은 중복을 허용한다
CBCNF 테이블은 기본 키를 가질 수 없다
D분해하면 다시 조인할 때 항상 데이터가 손실된다

17.컴퓨터 네트워크보통

ARP는 무엇을 합니까?

A로컬 네트워크에서 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 찾는다
B도메인 이름을 해석한다
C인터넷에서 패킷을 라우팅한다
D호스트가 로컬 네트워크에 연결될 때 IP 주소를 자동으로 할당한다

18.컴퓨터 네트워크어려움

SYN 플러드 공격에서 공격자가 고갈시키려는 자원은 무엇입니까?

A서버의 반개방(half-open) 연결 테이블
B서버의 디스크 공간
C스위치의 MAC 주소 테이블
D클라이언트의 DNS 캐시

19.IPv4 서브네팅보통

네트워크 192.168.10.0/24를 크기가 같은 서브넷 16개 이상으로 나누어야 합니다. 가능한 한 적은 비트를 빌리면 각 서브넷에서 사용 가능한 호스트 H는 몇 개일까요?

192.168.10.0/2416 subnets

H =

20.IPv4 서브네팅어려움

어떤 호스트의 주소가 10.20.55.210/29입니다. 그 서브넷에서 마지막으로 사용 가능한 호스트 주소의 네 번째 옥텟 x는 얼마일까요?

10.20.55.210/29

x =

3용액

1.진법

답: N = −125

위치 기수법: 각 자리의 값은 그 숫자에 밑의 거듭제곱을 곱한 것입니다. 2진수의 자리값은 1, 2, 4, 8, 16, …, 16진수는 1, 16, 256, …이며 A–F는 10–15를 뜻합니다. 8비트 2의 보수에서 가장 왼쪽 비트는 +128이 아니라 −128의 값을 가지며, 이렇게 음수를 저장합니다.

자리값 더하기

나머지 비트는 원래의 양의 자리값을 유지합니다.

−128 + 2 + 1 = −125

답

N = −125

2.진법

답: R = 55

비트 설정: 각 비트는 2의 거듭제곱(128, 64, …, 1)의 값을 가집니다. 16진수 한 자리는 정확히 네 비트이고, 8비트 2의 보수에서 맨 왼쪽 비트의 값은 −128입니다. 비트 연산은 각 비트 자리를 따로 처리합니다.

비트별로

2만큼 오른쪽으로 시프트하면 모든 비트가 2칸 오른쪽으로 이동합니다. 오른쪽 끝에서 밀려난 비트는 사라지고 왼쪽에 0이 들어옵니다.

1101 1101 >> 2

= 0011 0111

결과의 값

0011 0111₂ = 55

답

R = 55

3.명제논리와 증명

답: ¬r ∧ ¬q

논리적 동치: 두 식은 진리표의 모든 행에서 값이 같으면 동치(≡)입니다. 항진명제는 모든 행에서 1이고, 모순은 모든 행에서 0이며, 우연명제는 둘 다 아닙니다. 유용한 법칙: 드모르간 법칙 ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b와 ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b, a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a(대우), ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b, 그리고 분배법칙 a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).

법칙

드모르간: ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b. ∨가 ∧로 바뀌고 두 부분이 모두 부정됩니다.

¬(r ∨ q) ≡ ¬r ∧ ¬q

진리표로 확인

q = 1, r = 1: 0 | 1 0 0 0

q = 1, r = 0: 0 | 0 0 1 1

q = 0, r = 1: 0 | 1 0 1 0

q = 0, r = 0: 1 | 1 1 1 0

답

¬r ∧ ¬q

막대 뒤의 열은 보기를 표시된 순서대로 나타낸 것입니다.

4.명제논리와 증명

답: p = 1, q = 1, r = 0

한정자와 논증: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). 부정을 안쪽으로 옮기고, 지나가는 모든 한정자를 바꾸고, ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b 같은 명제 논리 법칙으로 안쪽 식을 부정하세요. 모든 전제가 1인 모든 행에서 결론이 1이면 논증이 타당합니다. 전제는 참인데 결론이 거짓인 행이 하나라도 있으면 그것이 반례이며 그 논증은 타당하지 않음을 보여 줍니다.

행별 전제와 결론

p = 1, q = 1, r = 1: 1 1 | 1

p = 1, q = 1, r = 0: 1 1 | 0

p = 1, q = 0, r = 1: 1 1 | 1

p = 1, q = 0, r = 0: 1 1 | 1

p = 0, q = 1, r = 1: 0 0 | 1

p = 0, q = 1, r = 0: 0 1 | 0

p = 0, q = 0, r = 1: 1 0 | 1

p = 0, q = 0, r = 0: 1 1 | 1

반례

p = 1, q = 1, r = 0

답

p = 1, q = 1, r = 0

이런 형식의 논증은 타당한 규칙처럼 보이지만, 행 하나만으로 그렇지 않음을 보일 수 있습니다.

5.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

답: N = 2

카르노 맵: 칸은 그레이 코드(00, 01, 11, 10) 순서로 배열되므로, 가장자리를 넘어 이웃한 칸을 포함해 이웃한 칸은 정확히 한 변수만 다릅니다. 모든 1이 덮일 때까지 1들을 1, 2, 4, 8, 16칸의 직사각형으로, 가능한 한 크고 가능한 한 적게 묶으세요. 각 그룹은 그 안에서 일정하게 유지되는 변수로 이루어진 곱항 하나입니다. 2ᵏ칸의 그룹은 변수 k개를 잃습니다. 무정의항(X)은 그룹을 키우는 데 쓸 수 있지만 반드시 덮을 필요는 없습니다. 0들을 묶으면 최소 POS 형태가 나옵니다.

1 묶기

모든 그룹은 2ᵏ칸의 직사각형입니다. 가장자리 칸은 반대쪽 가장자리의 칸과 이웃합니다.

B′

A′C′

최소 SOP 형태

F = B′ + A′C′

N = 2

답

N = 2

6.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

답: N = 4

소 임플리컨트

1과 X로 만들 수 있는 가장 큰 그룹들.

CD, AD, AB′C, A′BC′D′

필수 소 임플리컨트

CD, AD, AB′C, A′BC′D′

N = 4

답

N = 4

7.정수론과 모듈러 연산

답: 31⁻¹ mod 53 = 12

역원과 합동식: a는 gcd(a, n) = 1일 때, 그리고 그때에만 n을 법으로 하는 역원을 가집니다. 확장 유클리드 알고리즘은 1 = s·n + t·a로 쓰고, 그러면 a⁻¹ ≡ t (mod n)입니다. gcd(a, n) = 1인 합동식 a·x ≡ b (mod n)의 해는 x ≡ a⁻¹·b입니다. 법이 서로소인 두 합동식 x ≡ r₁ (mod m₁)과 x ≡ r₂ (mod m₂)는 m₁·m₂를 법으로 해가 하나 있습니다(중국인의 나머지 정리). 오일러 φ(n)은 1부터 n까지의 수 중 n과 서로소인 수의 개수입니다: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).

확장 유클리드 알고리즘

각 나머지 r은 r ≡ t·31 (mod 53)로 쓸 수 있습니다.

r = 53, t = 0

r = 31, q = 1, t = 1

r = 22, q = 1, t = −1

r = 9, q = 2, t = 2

r = 4, q = 2, t = −5

r = 1, q = 4, t = 12

역행렬

1 ≡ 12·31 (mod 53)

x = 12

검산: 31·12 = 372 = 7·53 + 1

답

31⁻¹ mod 53 = 12

8.정수론과 모듈러 연산

답: m = 600

모듈러 거듭제곱과 RSA: aᵏ mod n은 반복 제곱법으로 계산합니다. k를 이진수로 쓰고, 제곱하고, 단계마다 나머지를 취하고, 비트가 1인 거듭제곱들을 곱하세요. 페르마: a를 나누지 않는 소수 p에 대해 aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)이므로 지수를 p − 1을 법으로 줄일 수 있습니다. RSA: 소수 p와 q를 고르고, n = p·q, φ(n) = (p − 1)(q − 1)입니다. 공개 지수 e는 φ(n)과 서로소이고 개인 지수는 d = e⁻¹ mod φ(n)입니다. c = mᵉ mod n으로 암호화하고 m = cᵈ mod n으로 복호화합니다.

개인 지수

n = 697, φ(n) = 640

d = 13⁻¹ mod 640 = 197

반복 제곱법으로 복호화하기

197 = 128 + 64 + 4 + 1

445¹ ≡ 445 (mod 697)

445² ≡ 77 (mod 697)

445⁴ ≡ 353 (mod 697)

445⁸ ≡ 543 (mod 697)

445¹⁶ ≡ 18 (mod 697)

445³² ≡ 324 (mod 697)

445⁶⁴ ≡ 426 (mod 697)

445¹²⁸ ≡ 256 (mod 697)

445¹⁹⁷ ≡ 445·353·426·256 ≡ 600 (mod 697)

메시지

m = 600

트리에 대한 악수 보조정리

L + 26 = 2(L + 7) − 2

L = 14

답

L = 14

지름길: 차수 d ≥ 3인 정점에 대해 L = 2 + Σ (d − 2).

14.그래프 이론

답: W = 40

최단 경로와 신장 트리: 다익스트라 알고리즘은 매 단계에서 정점 하나를 확정합니다. 임시 거리가 가장 작은 미확정 정점입니다. 그 거리는 최종 값이 되고, 모든 이웃 v는 d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))로 갱신됩니다. 크루스칼 알고리즘은 간선을 가벼운 것부터 골라 사이클을 만드는 간선을 건너뛰면서 최소 신장 트리를 만들고, 프림 알고리즘은 시작 정점에서 트리 하나를 키우며 트리에서 뻗어 나가는 가장 가벼운 간선을 항상 추가합니다. 정점이 n개인 신장 트리는 간선이 n − 1개입니다.

크루스칼 알고리즘

GE (1): 선택

GD (3): 선택

GC (4): 선택

EF (5): 선택

CE (9): 건너뜀, 사이클이 생김

A · 서버의 반개방(half-open) 연결 테이블

19.IPv4 서브네팅

답: H = 14

IPv4 서브네팅: 주소는 32비트입니다. 접두사 /p는 앞의 몇 비트가 네트워크를 나타내는지를 말하고, 나머지 32 − p비트로 호스트 번호를 매깁니다. 서브넷에는 주소가 2³²⁻ᵖ개 있지만 첫 주소(네트워크 주소)와 마지막 주소(브로드캐스트 주소)는 호스트에 줄 수 없어 호스트 2³²⁻ᵖ − 2개가 들어갑니다. 예외: /31(점대점 링크, RFC 3021)은 주소 2개를 모두 호스트에 쓰고, /32는 단일 주소(단일 호스트 또는 루프백)입니다.

빌릴 비트 수

2⁴ = 16 ≥ 16 → b = 4, /28

서브넷당 호스트 수

2⁴ − 2 = 14

답

H = 14

20.IPv4 서브네팅

답: x = 214

블록 크기

2³ = 8

이 호스트의 서브넷

네트워크: ⌊210/8⌋·8 = 208

브로드캐스트: 208 + 8 − 1 = 215

사용 가능한 호스트: 209 … 214

답

x = 214

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