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

−97를 8비트 2의 보수 패턴으로 쓰세요. 그 패턴을 부호 없는 2진수로 읽으면 10진수 값 U는 얼마일까요?

N = −978 bit

U =

2.진법어려움

1110 0100 AND 1100 0111의 8비트 결과가 되도록 비트를 설정하세요. 결과의 값 R은 십진수로 얼마입니까?

1110 0100AND1100 0111

R =

3.명제논리와 증명보통

q ↔ r와(과) 논리적으로 동치인 식은 어느 것인가? 클릭하세요.

q ↔ r

1(q → r) ∨ (r → q)
2(q → r) ∧ (¬r → ¬q)
3q ∧ r
4(q → r) ∧ (r → q)

4.명제논리와 증명어려움

부정을 가장 안쪽까지 옮긴 ¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x))와(과) 동치인 문장은 어느 것인가? 클릭하세요.

¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x))

1∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
2∃x ∃y (¬R(x, y) ∧ ¬R(y, x))
3∃x ∃y (R(x, y) → ¬R(y, x))
4∀x ∀y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

5.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭보통

카르노 맵으로 F(A, B, C, D) = Σm(0, 5, 8, 10, 13, 15)의 최소 곱의 합(SOP) 형태를 구하시오. 곱항은 몇 개(N)인가?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 5, 8, 10, 13, 15)

N =

6.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭어려움

상승 에지 트리거 JK 플립플롭이 Q = 0에서 시작하여 그림의 입력을 받는다. Q가 1에서 0으로 처음 돌아오는 클록 에지를 클릭하세요.

Q₀ = 0JK

1클록 에지 1
2클록 에지 2
3클록 에지 3
4클록 에지 4
5클록 에지 5
6클록 에지 6

7.정수론과 모듈러 연산보통

73을(를) 법으로 하는 32의 역원, 곧 0 < x < 73이고 32·x ≡ 1 (mod 73)인 수 x을(를) 구하시오.

a = 32n = 73

32⁻¹ mod 73 =

8.정수론과 모듈러 연산어려움

24x ≡ 30 (mod 39)을(를) 푸시오. 가장 작은 양의 해 x을(를) 구하시오.

24x ≡ 30 (mod 39)

x =

9.알고리즘과 복잡도보통

점화식 T(n) = 2T(n − 1) + O(1)의 해는 무엇입니까?

AO(2ⁿ)
BO(n)
CO(n log n)
DO(n²)

10.알고리즘과 복잡도어려움

헬드-카프 동적 계획법 알고리즘은 외판원 문제를 정확히 풉니다. 도시가 n개일 때 실행 시간은 얼마입니까?

AO(2^n²)
BO(n³)
CO(n!)
DO(n² 2ⁿ)

11.자료구조보통

이진 힙을 포인터 없이 배열에 저장할 수 있는 이유는 무엇입니까?

A완전 이진 트리이므로 위치가 간단한 인덱스 공식을 따르기 때문에
B힙의 모든 키가 같기 때문에
C힙에는 원소가 100개를 넘지 않기 때문에
D배열이 키를 자동으로 정렬된 순서로 유지하므로 포인터가 필요 없기 때문에

12.자료구조어려움

동적 배열은 가득 차면 두 배로 커집니다. 많은 구현이 배열이 절반이 아니라 4분의 1만 찼을 때에만 축소하는 이유는 무엇입니까?

A절반에서 반으로 줄이면 원소를 잃기 때문에
B경계 근처에서 push와 pop이 번갈아 일어날 때 반복적인 크기 조정을 피하기 위해
C배열을 정렬된 상태로 유지하기 위해
D메모리 할당기가 블록의 4분의 1 단위로만 메모리를 해제할 수 있기 때문에

13.그래프 이론보통

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

3 × deg 33 × deg 5

L =

14.그래프 이론어려움

E에서 D까지 가는 길이 2의 보행은 몇 개인가? 보행에서는 정점과 간선이 반복될 수 있다. 그 수를 N(이)라 하자.

M = 인접 행렬L = 2

N =

15.데이터베이스와 SQL보통

WHERE 절에 일치하는 행이 없을 때 SELECT SUM(amount) FROM orders는 무엇을 반환합니까?

A빈 문자열
B0
CNULL
D오류

16.데이터베이스와 SQL어려움

두 트랜잭션이 모두 stock = 10을 읽고 각각 1을 빼서 결과를 기록하여 8이 아니라 9가 됩니다. 이것은 어떤 이상 현상입니까?

A팬텀 읽기
B삭제 이상
C갱신 손실
D더티 읽기

17.컴퓨터 네트워크보통

HTTP는 상태를 유지하지 않습니다(stateless). 웹사이트는 보통 여러 요청에 걸쳐 사용자의 로그인 상태를 어떻게 유지합니까?

AURL에 비밀번호를 저장해서
B세션 식별자나 토큰을 담은 쿠키로
CTCP 연결을 며칠 동안 열어 두어서
D각 사용자에게 고정 IP 주소를 부여해서

18.컴퓨터 네트워크어려움

콘텐츠 전송 네트워크(CDN)는 주로 어떻게 웹 성능을 향상시킵니까?

A사용자와 가까운 서버에서 캐시된 콘텐츠를 제공한다
BDNS 조회를 필요 없게 만든다
C사용자 자신의 가정 연결의 대역폭을 늘린다
DTCP를 더 빠른 전송 프로토콜로 대체한다

19.IPv4 서브네팅보통

네트워크 192.168.10.0/24를 크기가 같은 서브넷 30개 이상으로 나누어야 합니다. 가능한 한 적은 비트를 빌리면 각 서브넷에서 사용 가능한 호스트 H는 몇 개일까요?

192.168.10.0/2430 subnets

H =

20.IPv4 서브네팅어려움

어떤 호스트의 주소가 10.20.66.233/28입니다. 그 네트워크 주소의 네 번째 옥텟 x는 얼마일까요?

10.20.66.233/28

x =

3용액

1.진법

답: U = 159

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.

반전하고 1 더하기

97 = 0110 0001

반전 후: 1001 1110

+1 → 1001 1111

부호 없는 수로 읽기

1001 1111₂ = 256 − 97 = 159

답

U = 159

2.진법

답: R = 196

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

AND는 두 비트가 모두 1인 곳에서만 1입니다.

1110 0100

AND 1100 0111

= 1100 0100

결과의 값

1100 0100₂ = 196

답

R = 196

3.명제논리와 증명

답: (q → r) ∧ (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

a ↔ b는 함의가 양방향으로 성립한다는 뜻입니다: (a → b) ∧ (b → a).

q ↔ r ≡ (q → r) ∧ (r → q)

진리표로 확인

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

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

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

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

답

(q → r) ∧ (r → q)

막대 뒤의 열은 보기를 표시된 순서대로 나타낸 것입니다.

4.명제논리와 증명

답: ∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

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.

부정을 안쪽으로 옮기기

¬∀x ∀y (R(x, y) → R(y, x)) ≡ ∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

답

∃x ∃y (R(x, y) ∧ ¬R(y, x))

다른 보기는 한정자를 그대로 두거나, 한정자의 순서를 바꾸거나, 안쪽 식을 잘못 부정한 것입니다.

5.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

답: N = 4

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′C′D′

BC′D

AB′D′

ABD

최소 SOP 형태

F = B′C′D′ + BC′D + AB′D′ + ABD

N = 4

답

N = 4

6.디지털 논리: 게이트, 카르노 맵, 플립플롭

답: 클록 에지 6

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 Q

JK 플립플롭: 00은 유지, 01은 리셋(Q = 0), 10은 셋(Q = 1), 11은 토글.

1: J = 0, K = 0 → Q = 0

2: J = 0, K = 1 → Q = 0

3: J = 0, K = 1 → Q = 0

4: J = 1, K = 1 → Q = 1

5: J = 1, K = 0 → Q = 1

6: J = 0, K = 1 → Q = 0

1에서 0으로의 첫 변화

클록 에지 6

답

클록 에지 6

7.정수론과 모듈러 연산

답: 32⁻¹ mod 73 = 16

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·32 (mod 73)로 쓸 수 있습니다.

r = 73, t = 0

r = 32, q = 2, t = 1

r = 9, q = 3, t = −2

r = 5, q = 1, t = 7

r = 4, q = 1, t = −9

r = 1, q = 4, t = 16

역행렬

1 ≡ 16·32 (mod 73)

x = 16

검산: 32·16 = 512 = 7·73 + 1

답

32⁻¹ mod 73 = 16

8.정수론과 모듈러 연산

답: x = 11

gcd로 나누기

gcd(24, 39) = 3

8x ≡ 10 (mod 13)

줄인 합동식 풀기

8⁻¹ ≡ 5 (mod 13) → x ≡ 11 (mod 13)

39을(를) 법으로 한 해

x ∈ {11, 24, 37}

트리에 대한 악수 보조정리

L + 24 = 2(L + 6) − 2

L = 14

답

L = 14

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

14.그래프 이론

답: N = 2

차수: 정점의 차수는 그 정점에 닿는 간선의 수입니다. 모든 간선은 양 끝이 있으므로 차수의 합은 간선 수의 두 배입니다: Σ deg(v) = 2|E|(악수 보조정리). 따라서 차수가 홀수인 정점의 수는 짝수입니다. K_n은 간선이 n(n − 1)/2개이고, 정점이 n개인 k-정규그래프는 nk/2개이며, 정점이 n개인 트리는 간선이 n − 1개입니다.

인접 행렬

A: 0 1 1 0 0 0

B: 1 0 1 1 1 0

C: 1 1 0 0 1 0

A · 사용자와 가까운 서버에서 캐시된 콘텐츠를 제공한다

19.IPv4 서브네팅

답: H = 6

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

2⁵ = 32 ≥ 30 → b = 5, /29

서브넷당 호스트 수

2³ − 2 = 6

답

H = 6

20.IPv4 서브네팅

답: x = 224

블록 크기

2⁴ = 16

이 호스트의 서브넷

네트워크: ⌊233/16⌋·16 = 224

브로드캐스트: 224 + 16 − 1 = 239

사용 가능한 호스트: 225 … 238

답

x = 224

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