Datastructuren en algoritmen: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 6 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgavenTerug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Grafentheorie

Handenschudlemma
Σ deg(v) = 2|E|
Volledige grafen
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Reguliere graaf
|E| = n·k/2
Boom en bos
|E| = n − 1, |E| = n − c
Bladeren van een boom
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuit: alle graden even; pad: precies 2 oneven graden
Hamiltoncircuits in Kn
(n − 1)!/2
Dijkstra-update
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Wandelingen van lengte L
(Mᴸ)ij

Methode

  1. Schrijf de graad van elk hoekpunt op; de graden zijn samen twee keer het aantal kanten.
  2. Controleer bij Eulervragen of de graaf samenhangend is en tel de hoekpunten met oneven graad.
  3. Gebruik bij bomen n − 1 kanten en het handenschudlemma.
  4. Houd bij Dijkstra een tabel met voorlopige afstanden bij en leg elke ronde het onafgehandelde hoekpunt met de kleinste afstand vast.
  5. Sorteer voor een minimaal opspannende boom de kanten op gewicht en sla elke kant over die een cykel sluit (Kruskal), of laat één boom groeien vanuit een beginpunt (Prim).

2Oefenopgaven

1.Algoritmen & complexiteitGemiddeld

Is het juist om te zeggen dat een O(n²)-algoritme ook O(n³) is?

  1. ANee, omdat n³ voor grote n kleiner is dan n²
  2. BJa, omdat grote O een bovengrens is en n² niet sneller groeit dan n³
  3. CNee, omdat grote O altijd de exacte groeisnelheid van de functie moet geven
  4. DJa, maar alleen als n kleiner is dan 100
2.Algoritmen & complexiteitMoeilijk

Het algoritme van Strassen vermenigvuldigt matrices met 7 in plaats van 8 recursieve vermenigvuldigingen van blokken van halve grootte. Wat is de looptijd?

  1. AΘ(n³)
  2. BΘ(n2)
  3. CΘ(nlog₂ 7), ongeveer n2,81
  4. DΘ(n² log n)
3.DatastructurenGemiddeld

Een circulaire buffer (ring buffer) wordt vaak gebruikt om het volgende te implementeren:

  1. AEen wachtrij met vaste grootte
  2. BEen graafdoorloop
  3. CEen binaire zoekboom
  4. DEen hashfunctie
4.DatastructurenMoeilijk

Je wilt voor elk element van een array het volgende grotere element rechts ervan vinden, in totaal O(n) tijd. Welke structuur helpt?

  1. AEen hashtabel van alle elementen
  2. BEen queue die elk paar elementen bevat
  3. CEen stack die elementen bewaart die op hun antwoord wachten
  4. DEen binaire zoekboom die voor elk element opnieuw wordt opgebouwd
5.GrafentheorieGemiddeld

Een boom heeft 4 hoekpunten van graad 4, 2 hoekpunten van graad 5, 3 hoekpunten van graad 2, en al zijn andere hoekpunten zijn bladeren (graad 1). Hoeveel bladeren L heeft hij?

4 × deg 42 × deg 53 × deg 2
L =
6.GrafentheorieMoeilijk
26131341515109ABCDEFG

Het algoritme van Dijkstra start bij A. Klik op het hoekpunt dat in ronde 6 wordt vastgelegd (definitief gemaakt); A zelf is ronde 1.

start: Aronde 6
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F
  7. 7G

3Oplossingen

1.Algoritmen & complexiteit

Antwoord: B · Ja, omdat grote O een bovengrens is en n² niet sneller groeit dan n³

Waarom dit het antwoord is

Grote O is een bovengrens, dus de uitspraak is waar maar niet strak; Θ(n²) geeft de exacte groeisnelheid.

Antwoord

B · Ja, omdat grote O een bovengrens is en n² niet sneller groeit dan n³
2.Algoritmen & complexiteit

Antwoord: C · Θ(nlog₂ 7), ongeveer n2,81

Waarom dit het antwoord is

Met a = 7 en b = 2 domineert nlog₂ 7 het O(n²)-optelwerk, wat ongeveer n2,81 geeft.

Antwoord

C · Θ(nlog₂ 7), ongeveer n2,81
3.Datastructuren

Antwoord: A · Een wachtrij met vaste grootte

Waarom dit het antwoord is

Een ringbuffer gebruikt head- en tail-indices die rondlopen, wat enqueue en dequeue in O(1) oplevert met vast geheugen.

Antwoord

A · Een wachtrij met vaste grootte
4.Datastructuren

Antwoord: C · Een stack die elementen bewaart die op hun antwoord wachten

Waarom dit het antwoord is

Loop van links naar rechts, pop elk element op de stack dat kleiner is dan het huidige (het huidige element is hun antwoord) en push dan het huidige; elk element wordt hoogstens twee keer verplaatst.

Antwoord

C · Een stack die elementen bewaart die op hun antwoord wachten
5.Grafentheorie

Antwoord: L = 16

Euler, Hamilton en bomen: een samenhangende graaf heeft een Eulercircuit (elke kant één keer, terug naar het begin) als elk hoekpunt even graad heeft, en een Eulerpad dat geen circuit is als precies twee hoekpunten oneven graad hebben; het pad loopt dan van het ene oneven hoekpunt naar het andere. Een Hamiltoncircuit bezoekt elk hoekpunt één keer; Kn heeft er (n − 1)!/2. Een boom op n hoekpunten heeft n − 1 kanten, en een samenhangende graaf met m kanten houdt een opspannende boom over na het verwijderen van m − n + 1 kanten.

Handenschudlemma voor een boom

L + 32 = 2(L + 9) − 2
L = 16

Antwoord

L = 16

Snelle methode: L = 2 + Σ (d − 2) over de hoekpunten met graad d ≥ 3.

6.Grafentheorie

Antwoord: D

Kortste paden en opspannende bomen: het algoritme van Dijkstra legt per ronde één hoekpunt vast: het onafgehandelde hoekpunt met de kleinste voorlopige afstand. Zijn afstand is dan definitief, en elke buur v krijgt d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Het algoritme van Kruskal bouwt een minimaal opspannende boom door de kanten van licht naar zwaar te nemen en elke kant over te slaan die een cykel zou sluiten; het algoritme van Prim laat één boom groeien vanuit een beginpunt door steeds de lichtste kant toe te voegen die eruit vertrekt. Een opspannende boom van n hoekpunten heeft n − 1 kanten.

Dijkstra ronde voor ronde

1. A (0): C: 2
2. C (2): E: 15, G: 12
3. G (12): B: 27
4. E (15): D: 28, F: 30
5. B (27)
6. D (28)
7. F (30)

ronde 6

D

Antwoord

D

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