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

De tijdcomplexiteit van naïef recursief Fibonacci (fib(n) = fib(n−1) + fib(n−2)) is:

  1. AConstant
  2. BLogaritmisch
  3. CExponentieel
  4. DLineair
2.Algoritmen & complexiteitMoeilijk

Het algoritme van Held-Karp voor dynamisch programmeren lost het handelsreizigersprobleem exact op. Wat is de looptijd voor n steden?

  1. AO(2n²)
  2. BO(n² 2ⁿ)
  3. CO(n³)
  4. DO(n!)
3.DatastructurenGemiddeld

Een binaire boom heeft wortel 1 met linkerkind 2 en rechterkind 3; knoop 2 heeft kinderen 4 (links) en 5 (rechts). Wat is de postorder-doorloop?

  1. A1 2 4 5 3
  2. B4 5 2 3 1
  3. C4 2 5 1 3
  4. D5 4 3 2 1
4.DatastructurenMoeilijk

De tijdcomplexiteit van decrease-key in een binaire heap (als de positie van het element bekend is) is:

  1. AO(n log n)
  2. BO(log n)
  3. CO(n)
  4. DO(1)
5.GrafentheorieGemiddeld

Hoeveel verschillende Hamiltoncircuits H heeft de volledige graaf K6? Circuits die alleen verschillen in het beginpunt of de richting tellen als hetzelfde.

K6
H =
6.GrafentheorieMoeilijk
121018517281511ABCDEFG

Bepaal het totale gewicht W van een minimaal opspannende boom van de gewogen graaf.

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

3Oplossingen

1.Algoritmen & complexiteit

Antwoord: C · Exponentieel

Waarom dit het antwoord is

De aanroepboom groeit ongeveer als φⁿ (ongeveer 1,618ⁿ). Memoisatie brengt dit terug tot O(n).

Antwoord

C · Exponentieel
2.Algoritmen & complexiteit

Antwoord: B · O(n² 2ⁿ)

Waarom dit het antwoord is

Er zijn ongeveer n 2ⁿ toestanden, die elk in O(n) worden berekend; dat is exponentieel, maar veel sneller dan alle (n − 1)! routes proberen.

Antwoord

B · O(n² 2ⁿ)
3.Datastructuren

Antwoord: B · 4 5 2 3 1

Waarom dit het antwoord is

Postorder verwerkt 4 en 5 vóór 2, dan 3, en ten slotte de wortel 1.

Antwoord

B · 4 5 2 3 1
4.Datastructuren

Antwoord: B · O(log n)

Waarom dit het antwoord is

Na het verlagen van de sleutel schuift het element hoogstens de hoogte van de heap omhoog (sift-up). Fibonacci-heaps halen decrease-key in geamortiseerd O(1).

Antwoord

B · O(log n)
5.Grafentheorie

Antwoord: H = 60

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.

Tellen

H = (6 − 1)!/2 = 120/2 = 60

Antwoord

H = 60
6.Grafentheorie

Antwoord: W = 51

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.

Het algoritme van Kruskal

GB (2): nemen
DF (5): nemen
GC (8): nemen
AC (10): nemen
GE (11): nemen
AB (12): overslaan, sluit een cykel
GD (15): nemen

Totaal gewicht

W = 2 + 5 + 8 + 10 + 11 + 15 = 51

Antwoord

W = 51

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