Algorytmy i struktury danych: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 6 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Teoria grafów

Lemat o uściskach dłoni
Σ deg(v) = 2|E|
Grafy pełne
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Graf regularny
|E| = n·k/2
Drzewo i las
|E| = n − 1, |E| = n − c
Liście drzewa
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
cykl: wszystkie stopnie parzyste; ścieżka: dokładnie 2 stopnie nieparzyste
Cykle Hamiltona w Kn
(n − 1)!/2
Aktualizacja w algorytmie Dijkstry
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Marsze o długości L
(Mᴸ)ij

Metoda

  1. Zapisz stopień każdego wierzchołka; suma stopni jest równa dwukrotności liczby krawędzi.
  2. W zadaniach o grafach eulerowskich sprawdź, czy graf jest spójny, i policz wierzchołki o nieparzystym stopniu.
  3. Dla drzew użyj n − 1 krawędzi i lematu o uściskach dłoni.
  4. W algorytmie Dijkstry prowadź tabelę tymczasowych odległości i w każdej rundzie zatwierdzaj niezatwierdzony wierzchołek o najmniejszej odległości.
  5. Dla minimalnego drzewa rozpinającego posortuj krawędzie według wagi i pomijaj każdą krawędź zamykającą cykl (Kruskal) albo rozbudowuj jedno drzewo od wierzchołka startowego (Prim).

2Zadania do ćwiczenia

1.Algorytmy i złożonośćŚredni

Co mierzy analiza zamortyzowana?

  1. AOczekiwany koszt dla losowych danych wejściowych
  2. BŚredni koszt na operację w pesymistycznym ciągu operacji
  3. CKoszt pojedynczej najdroższej operacji w dowolnym miejscu ciągu
  4. DKoszt algorytmu dla najlepszych danych
2.Algorytmy i złożonośćTrudny

Który z tych problemów spełnialności jest rozwiązywalny w czasie wielomianowym?

  1. A2-SAT, w którym każda klauzula ma najwyżej dwa literały
  2. BOgólny SAT dla formuł w koniunkcyjnej postaci normalnej
  3. CSpełnialność układów logicznych (circuit SAT)
  4. D3-SAT, w którym każda klauzula ma dokładnie trzy literały
3.Struktury danychŚredni

Jaki warunek zrównoważenia utrzymuje drzewo AVL w każdym węźle?

  1. AKażdy węzeł jest pokolorowany na czerwono lub czarno
  2. BWszystkie liście są na dokładnie tej samej głębokości
  3. CWysokości lewego i prawego poddrzewa różnią się co najwyżej o 1
  4. DOba poddrzewa każdego węzła zawierają dokładnie tyle samo węzłów
4.Struktury danychTrudny

Węzeł AVL jest niezrównoważony, bo prawe poddrzewo jego lewego dziecka stało się zbyt wysokie (przypadek lewo-prawo). Jaką naprawę się stosuje?

  1. APojedynczą rotację w lewo w węźle
  2. BPojedynczą rotację w prawo w węźle
  3. CRotację w lewo w lewym dziecku, a potem rotację w prawo w węźle
  4. DRotację w prawo w lewym dziecku, a potem rotację w lewo w węźle
5.Teoria grafówŚredni

Drzewo ma 3× wierzchołek stopnia 3, 2× wierzchołek stopnia 2, a wszystkie jego pozostałe wierzchołki są liśćmi (stopień 1). Ile liści L ma to drzewo?

3 × deg 32 × deg 2
L =
6.Teoria grafówTrudny
11131095813ABCDEF

Algorytm Dijkstry rusza z A. Kliknij wierzchołek zatwierdzony (uczyniony stałym) w rundzie 4; sam A to runda 1.

start: Arunda 4
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3Roztwory

1.Algorytmy i złożoność

Odpowiedź: B · Średni koszt na operację w pesymistycznym ciągu operacji

Dlaczego to jest odpowiedź

Analiza zamortyzowana rozkłada koszt rzadkich drogich operacji na wiele tanich, dając gwarantowaną średnią dla dowolnego ciągu operacji.

Odpowiedź

B · Średni koszt na operację w pesymistycznym ciągu operacji
2.Algorytmy i złożoność

Odpowiedź: A · 2-SAT, w którym każda klauzula ma najwyżej dwa literały

Dlaczego to jest odpowiedź

2-SAT należy do P (czas liniowy dzięki silnie spójnym składowym), a 3-SAT jest NP-zupełny.

Odpowiedź

A · 2-SAT, w którym każda klauzula ma najwyżej dwa literały
3.Struktury danych

Odpowiedź: C · Wysokości lewego i prawego poddrzewa różnią się co najwyżej o 1

Dlaczego to jest odpowiedź

Współczynnik zrównoważenia (wysokość lewego − wysokość prawego) musi wynosić −1, 0 lub 1; po wstawieniach i usunięciach przywracają go rotacje.

Odpowiedź

C · Wysokości lewego i prawego poddrzewa różnią się co najwyżej o 1
4.Struktury danych

Odpowiedź: C · Rotację w lewo w lewym dziecku, a potem rotację w prawo w węźle

Dlaczego to jest odpowiedź

Pierwsza rotacja zamienia przypadek lewo-prawo w przypadek lewo-lewo, który następnie naprawia rotacja w prawo w niezrównoważonym węźle.

Odpowiedź

C · Rotację w lewo w lewym dziecku, a potem rotację w prawo w węźle
5.Teoria grafów

Odpowiedź: L = 5

Euler, Hamilton i drzewa: graf spójny ma cykl Eulera (każda krawędź raz, powrót do startu), gdy każdy wierzchołek ma stopień parzysty, oraz ścieżkę Eulera, która nie jest cyklem, gdy dokładnie dwa wierzchołki mają stopień nieparzysty; ścieżka biegnie wtedy od jednego wierzchołka nieparzystego do drugiego. Cykl Hamiltona odwiedza każdy wierzchołek raz; Kn ma ich (n − 1)!/2. Drzewo o n wierzchołkach ma n − 1 krawędzi, a graf spójny o m krawędziach zachowuje drzewo rozpinające po usunięciu m − n + 1 krawędzi.

Lemat o uściskach dłoni dla drzewa

L + 13 = 2(L + 5) − 2
L = 5

Odpowiedź

L = 5

Skrót: L = 2 + Σ (d − 2) po wierzchołkach o stopniu d ≥ 3.

6.Teoria grafów

Odpowiedź: E

Najkrótsze ścieżki i drzewa rozpinające: algorytm Dijkstry zatwierdza jeden wierzchołek na rundę: niezatwierdzony wierzchołek o najmniejszej tymczasowej odległości. Jego odległość jest wtedy ostateczna, a każdy sąsiad v dostaje d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Algorytm Kruskala buduje minimalne drzewo rozpinające, biorąc krawędzie od lekkich do ciężkich i pomijając każdą, która zamknęłaby cykl; algorytm Prima rozbudowuje jedno drzewo od wierzchołka startowego, zawsze dodając najlżejszą krawędź wychodzącą z niego. Drzewo rozpinające o n wierzchołkach ma n − 1 krawędzi.

Algorytm Dijkstry runda po rundzie

1. A (0): B: 11, C: 1
2. C (1): B: 4, E: 10
3. B (4): D: 14
4. E (10)
5. D (14): F: 22
6. F (22)

runda 4

E

Odpowiedź

E

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