Duomenų struktūros ir algoritmai: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 6 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Grafų teorija

Rankų paspaudimo lema
Σ deg(v) = 2|E|
Pilnieji grafai
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Reguliarusis grafas
|E| = n·k/2
Medis ir miškas
|E| = n − 1, |E| = n − c
Medžio lapai
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Oileris
ciklas: visų viršūnių laipsniai lyginiai; kelias: lygiai 2 nelyginio laipsnio viršūnės
Hamiltono ciklai grafe Kn
(n − 1)!/2
Dijkstros atnaujinimas
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
L ilgio maršrutai
(Mᴸ)ij

Metodas

  1. Užrašykite kiekvienos viršūnės laipsnį; laipsnių suma lygi dvigubam briaunų skaičiui.
  2. Oilerio uždaviniuose patikrinkite, ar grafas jungus, ir suskaičiuokite nelyginio laipsnio viršūnes.
  3. Medžiams naudokite n − 1 briaunų ir rankų paspaudimo lemą.
  4. Dijkstros algoritme laikykite preliminarių atstumų lentelę ir kiekviename etape užfiksuokite mažiausio atstumo dar neužfiksuotą viršūnę.
  5. Minimaliam karkasiniam medžiui surikiuokite briaunas pagal svorį ir praleiskite kiekvieną briauną, uždarančią ciklą (Kruskalis), arba auginkite vieną medį iš pradinės viršūnės (Primas).

2Uždaviniai

1.Algoritmai ir sudėtingumasVidutinis

Koks yra Bellmano–Fordo algoritmo laiko sudėtingumas grafui su V viršūnių ir E briaunų?

  1. AO(V + E)
  2. BO(E log V)
  3. CO(V³ × E)
  4. DO(V × E)
2.Algoritmai ir sudėtingumasSunkus

Ką nustatė Cooko–Levino teorema?

  1. AKiekvieną NP uždavinį galima išspręsti per eksponentinį laiką
  2. BStabdymo problema yra neišsprendžiama
  3. CP nelygu NP
  4. DLoginio įvykdomumo uždavinys (SAT) yra NP-pilnas
3.Duomenų struktūrosVidutinis

Dvejetainėje min krūvoje, saugomoje masyve (indeksai nuo 0), mazgo su indeksu i vaikai yra pozicijose:

  1. A2i + 1 ir 2i + 2
  2. Bi + 1 ir i + 2
  3. Ci/2 ir i/2 + 1
  4. D2i ir 2i + 1
4.Duomenų struktūrosSunkus

Kahno topologinio rikiavimo algoritmas pakartotinai šalina viršūnes, kurių įeinantis laipsnis lygus 0. Kuri struktūra laiko šias viršūnes?

  1. AVisų aplankytų briaunų stekas
  2. BGretimumo matrica, žyminti, kurios viršūnės jau pašalintos
  3. CPagal išeinantį laipsnį sutvarkyta max krūva
  4. DViršūnių, kurių įeinantis laipsnis 0, eilė (ar bet kuri kolekcija)
5.Grafų teorijaVidutinis

Jungus grafas turi 10 viršūnių ir 18 briaunų. Kiek briaunų k reikia pašalinti, kad liktų karkasinis medis?

|V| = 10|E| = 18
k =
6.Grafų teorijaSunkus
15117719189810ABCDEFG

Raskite svertinio grafo minimalaus karkasinio medžio bendrą svorį W.

|V| = 7|E| = 9
W =

3Tirpalai

1.Algoritmai ir sudėtingumas

Atsakymas: D · O(V × E)

Kodėl tai yra atsakymas

Kiekvienas iš V − 1 etapų relaksuoja visas E briaunas, todėl gaunama O(VE); mainais algoritmas tvarkosi su neigiamais briaunų svoriais.

Atsakymas

D · O(V × E)
2.Algoritmai ir sudėtingumas

Atsakymas: D · Loginio įvykdomumo uždavinys (SAT) yra NP-pilnas

Kodėl tai yra atsakymas

Cookas ir Levinas nepriklausomai parodė, kad kiekvienas NP uždavinys per polinominį laiką redukuojamas į SAT, todėl SAT tapo pirmuoju žinomu NP-pilnu uždaviniu.

Atsakymas

D · Loginio įvykdomumo uždavinys (SAT) yra NP-pilnas
3.Duomenų struktūros

Atsakymas: A · 2i + 1 ir 2i + 2

Kodėl tai yra atsakymas

Masyvuose, indeksuojamuose nuo 0, kairysis vaikas yra 2i + 1, dešinysis 2i + 2, o tėvas ⌊(i − 1)/2⌋.

Atsakymas

A · 2i + 1 ir 2i + 2
4.Duomenų struktūros

Atsakymas: D · Viršūnių, kurių įeinantis laipsnis 0, eilė (ar bet kuri kolekcija)

Kodėl tai yra atsakymas

Paruoštos viršūnės laikomos eilėje; pašalinus vieną, sumažėja jos kaimynų įeinantys laipsniai, o pasiekusios 0 pridedamos, todėl laikas yra O(V + E).

Atsakymas

D · Viršūnių, kurių įeinantis laipsnis 0, eilė (ar bet kuri kolekcija)
5.Grafų teorija

Atsakymas: k = 9

Oileris, Hamiltonas ir medžiai: jungus grafas turi Oilerio ciklą (kiekviena briauna vieną kartą, grįžtama į pradžią), kai kiekvienos viršūnės laipsnis lyginis, ir Oilerio kelią, kuris nėra ciklas, kai lygiai dvi viršūnės turi nelyginį laipsnį; tada kelias eina iš vienos nelyginės viršūnės į kitą. Hamiltono ciklas aplanko kiekvieną viršūnę vieną kartą; Kn jų turi (n − 1)!/2. Medis su n viršūnių turi n − 1 briauną, o jungus grafas su m briaunų turi karkasinį medį, pašalinus m − n + 1 briaunų.

Karkasinio medžio briaunos

10 − 1 = 9

Pašalintinos briaunos

k = 18 − 9 = 9

Atsakymas

k = 9
6.Grafų teorija

Atsakymas: W = 53

Trumpiausi keliai ir karkasiniai medžiai: Dijkstros algoritmas kiekviename etape užfiksuoja po vieną viršūnę: neužfiksuotą viršūnę su mažiausiu preliminariu atstumu. Tada jos atstumas galutinis, o kiekvienas kaimynas v gauna d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Kruskalio algoritmas sudaro minimalų karkasinį medį imdamas briaunas nuo lengvų iki sunkių ir praleisdamas kiekvieną briauną, kuri uždarytų ciklą; Primo algoritmas augina vieną medį iš pradinės viršūnės visada pridėdamas lengviausią iš jo išeinančią briauną. Karkasinis medis su n viršūnių turi n − 1 briauną.

Kruskalio algoritmas

AC (1): imti
CE (7): imti
GB (8): imti
EF (9): imti
GC (10): imti
AB (15): praleisti, uždaro ciklą
BC (17): praleisti, uždaro ciklą
DF (18): imti

Bendras svoris

W = 1 + 7 + 8 + 9 + 10 + 18 = 53

Atsakymas

W = 53

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