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 2의 보수로 −89을 저장하도록 비트를 설정하세요. 부호 없는 수로 읽으면 패턴의 값 U은 얼마입니까?

N = −898 bit

U =

2.진법어려움

20비트 2의 보수로 저장할 수 있는 가장 작은(가장 음수인) 정수 N는 얼마일까요?

20 bit

N =

3.명제논리와 증명보통

(r → q) ∨ (q → r)은(는) 항진명제, 모순, 우연명제 중 무엇인가? 답을 클릭하세요.

(r → q) ∨ (q → r)

1항진명제
2모순
3우연명제

4.명제논리와 증명어려움

전제 q ∨ r; ¬q이(가) 주어져 있다. 이로부터 따라 나오는 결론은 어느 것인가? 클릭하세요.

q ∨ r¬q

1r
2q ∧ r
3¬r
4q

5.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭보통

카르노 맵으로 F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 4, 5, 6, 7, 12, 14, 15)의 최소 곱의 합(SOP) 형태를 구하시오. 전체 리터럴은 몇 개(L)인가(프라임이 붙은 변수도 리터럴 하나로 센다)?

F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 4, 5, 6, 7, 12, 14, 15)

L =

6.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭어려움

4비트 존슨 카운터 Q₃Q₂Q₁Q₀가 0000에서 시작한다. 클록 에지마다 비트가 오른쪽으로 한 칸씩 이동하고(Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀) Q₃는 Q₀의 반전을 받는다. 클록 에지 4번 뒤의 상태 Q = Q₃Q₂Q₁Q₀를 십진수로 답하시오.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00004

Q =

7.정수론과 모듈러 연산보통

41을(를) 법으로 하는 24의 역원, 곧 0 < x < 41이고 24·x ≡ 1 (mod 41)인 수 x을(를) 구하시오.

a = 24n = 41

24⁻¹ mod 41 =

8.정수론과 모듈러 연산어려움

RSA 키가 소수 p = 13, q = 29과 공개 지수 e = 23를 쓴다. 개인 지수 d(0 < d < φ(n))을(를) 구하시오.

p = 13q = 29e = 23

d =

9.알고리즘과 복잡도보통

퀵 정렬의 최악의 경우 시간 복잡도는 무엇입니까?

AO(n)
BO(log n)
CO(n²)
DO(n log n)

10.알고리즘과 복잡도어려움

일부 간선 가중치가 음수일 때 다익스트라 알고리즘이 틀린 결과를 줄 수 있는 이유는 무엇입니까?

A정점은 추출될 때 확정되지만, 나중의 음수 간선이 여전히 더 짧은 경로를 줄 수 있기 때문에
B음수 간선마다 무한 루프에 빠지기 때문에
C우선순위 큐에 음수를 저장할 수 없기 때문에
D무방향 그래프에서만 동작하기 때문에

11.자료구조보통

이진 탐색 트리를 중위 순회(in-order)하면 키를 어떤 순서로 방문합니까?

A오름차순 정렬 순서
B삽입 순서
C항상 내림차순
D레벨 순서

12.자료구조어려움

배열의 각 원소에 대해 그 오른쪽에서 다음으로 큰 원소를 전체 O(n) 시간에 구하려고 합니다. 도움이 되는 구조는 무엇입니까?

A모든 원소 쌍을 담는 큐
B모든 원소의 해시 테이블
C답을 기다리는 원소들을 유지하는 스택
D원소마다 다시 만드는 이진 탐색 트리

13.그래프 이론보통

완전그래프 K₄의 서로 다른 해밀턴 회로는 몇 개(H)인가? 시작 정점이나 방향만 다른 회로는 같은 것으로 센다.

K₄

H =

14.그래프 이론어려움

가중 그래프의 최소 신장 트리의 총 가중치 W을(를) 구하시오.

|V| = 6|E| = 8

W =

15.데이터베이스와 SQL보통

customers 테이블에서 서로 다른 도시의 수를 반환하는 쿼리는 무엇입니까?

ASELECT DISTINCT COUNT(city) FROM customers
BSELECT COUNT(city) FROM customers GROUP BY city
CSELECT SUM(DISTINCT city) FROM customers
DSELECT COUNT(DISTINCT city) FROM customers

16.데이터베이스와 SQL어려움

점수가 90, 90, 80입니다. RANK() OVER (ORDER BY score DESC)는 어떤 값을 줍니까?

A1, 1, 2
B1, 2, 3
C2, 2, 3
D1, 1, 3

17.컴퓨터 네트워크보통

TLS는 일반적으로 비대칭 암호와 대칭 암호를 어떻게 사용합니까?

A대칭 방식으로 키를 합의하고 인증하며, 비대칭 암호로 모든 데이터를 암호화한다
B비대칭 방식으로 키를 합의하고 인증하며, 대칭 암호로 데이터를 암호화한다
C고정된 공유 비밀번호와 함께 대칭 암호만 사용한다
D전 과정에서 비대칭 암호만 사용한다

18.컴퓨터 네트워크어려움

슬라이딩 윈도 프로토콜에서 프레임 하나가 손실된 후 Go-Back-N은 Selective Repeat와 어떻게 다릅니까?

A둘 다 처음부터 윈도 전체를 재전송한다
B둘 다 손실된 프레임을 결코 재전송하지 않는다
CGo-Back-N은 손실된 프레임만 재전송하고, Selective Repeat는 그 프레임과 이후 프레임을 모두 재전송한다
DGo-Back-N은 손실된 프레임과 이후 프레임을 모두 재전송하고, Selective Repeat는 손실된 프레임만 재전송한다

19.IPv4 서브네팅보통

네트워크 192.168.10.0/24를 크기가 같은 서브넷 3개 이상으로 나누어야 합니다. 가능한 한 적은 비트를 빌리면 각 서브넷에서 사용 가능한 호스트 H는 몇 개일까요?

192.168.10.0/243 subnets

H =

20.IPv4 서브네팅어려움

어떤 호스트의 주소가 10.20.240.235/30입니다. 그 서브넷 브로드캐스트 주소의 마지막 숫자(네 번째 옥텟) x는 얼마일까요?

10.20.240.235/30

x =

3용액

1.진법

답: U = 167

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.

반전하고 1 더하기

89 = 0101 1001

반전 후: 1010 0110

+1 → 1010 0111

부호 없는 수로 읽기

1010 0111₂ = 256 − 89 = 167

답

U = 167

2.진법

답: N = −524288

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.

가장 음수인 값

−2¹⁹ = −524288

답

N = −524288

3.명제논리와 증명

답: 항진명제

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).

행별 진리표

q = 1, r = 1: r → q = 1, q → r = 1, (r → q) ∨ (q → r) = 1

q = 1, r = 0: r → q = 1, q → r = 0, (r → q) ∨ (q → r) = 1

q = 0, r = 1: r → q = 0, q → r = 1, (r → q) ∨ (q → r) = 1

q = 0, r = 0: r → q = 1, q → r = 1, (r → q) ∨ (q → r) = 1

분류

(r → q) ∨ (q → r): 1, 1, 1, 1

모든 행에서 1: 항진명제.

답

항진명제

4.명제논리와 증명

답: r

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.

모든 전제가 참인 행

q = 0, r = 1: r = 1, q ∧ r = 0, ¬r = 0, q = 0

결론

r (선언 삼단논법)

답

5.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

답: L = 10

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.

BD′

A′C′D

A′CD′

최소 SOP 형태

F = BD′ + BC + A′C′D + A′CD′

L = 10

답

L = 10

6.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

답: Q = 15

플립플롭과 카운터: 플립플롭은 클록의 활성 에지에서만 바뀝니다. D는 입력을 복사합니다(Q⁺ = D). T는 T = 1이면 토글합니다. JK는 00이면 유지, 01이면 리셋, 10이면 셋, 11이면 토글합니다. n비트 이진 카운터는 상태가 2ⁿ개이고 2ⁿ을 법으로 세며, mod-N 카운터는 0, 1, …, N − 1을 거쳐 다시 0으로 돌아가고 2ⁿ ≥ N인 가장 작은 n개의 플립플롭이 필요합니다. 리플 카운터는 단마다 주파수가 절반이 되므로 mod-N 카운터의 마지막 출력은 f_clk/N으로 동작합니다. 플립플롭 n개의 존슨 카운터는 상태가 2n개, 링 카운터는 n개입니다.

에지마다의 상태

0000 → 1000 → 1100 → 1110 → 1111

십진수 값

1111₂ = 15

답

Q = 15

7.정수론과 모듈러 연산

답: 24⁻¹ mod 41 = 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·24 (mod 41)로 쓸 수 있습니다.

r = 41, t = 0

r = 24, q = 1, t = 1

r = 17, q = 1, t = −1

r = 7, q = 2, t = 2

r = 3, q = 2, t = −5

r = 1, q = 3, t = 12

역행렬

1 ≡ 12·24 (mod 41)

x = 12

검산: 24·12 = 288 = 7·41 + 1

답

24⁻¹ mod 41 = 12

8.정수론과 모듈러 연산

답: d = 263

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.

법과 오일러 피 함수 값

n = 13·29 = 377

φ(n) = 12·28 = 336

확장 유클리드 알고리즘

r = 336, t = 0

r = 23, q = 14, t = 1

r = 14, q = 1, t = −14

r = 9, q = 1, t = 15

r = 5, q = 1, t = −29

r = 4, q = 1, t = 44

r = 1, q = 4, t = −73

개인 지수

d = 263

세기

H = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3

답

H = 3

14.그래프 이론

답: W = 26

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

AC (1): 선택

EF (3): 선택

BE (4): 선택

CE (5): 선택

D · Go-Back-N은 손실된 프레임과 이후 프레임을 모두 재전송하고, Selective Repeat는 손실된 프레임만 재전송한다

19.IPv4 서브네팅

답: H = 62

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

2² = 4 ≥ 3 → b = 2, /26

서브넷당 호스트 수

2⁶ − 2 = 62

답

H = 62

20.IPv4 서브네팅

답: x = 235

블록 크기

2² = 4

이 호스트의 서브넷

네트워크: ⌊235/4⌋·4 = 232

브로드캐스트: 232 + 4 − 1 = 235

사용 가능한 호스트: 233 … 234

답

x = 235

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