Estruturas de Dados e Algoritmos: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 6 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Teoria dos grafos

Lema do aperto de mãos
Σ deg(v) = 2|E|
Grafos completos
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Grafo regular
|E| = n·k/2
Árvore e floresta
|E| = n − 1, |E| = n − c
Folhas de uma árvore
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
circuito: todos os graus pares; caminho: exatamente 2 graus ímpares
Circuitos hamiltonianos em Kn
(n − 1)!/2
Atualização de Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Passeios de comprimento L
(Mᴸ)ij

Método

  1. Anote o grau de cada vértice; a soma dos graus é igual ao dobro do número de arestas.
  2. Em questões de Euler, verifique se o grafo é conexo e conte os vértices de grau ímpar.
  3. Para árvores, use n − 1 arestas e o lema do aperto de mãos.
  4. Em Dijkstra, mantenha uma tabela de distâncias provisórias e fixe a cada rodada o vértice não fixado de menor distância.
  5. Para uma árvore geradora mínima, ordene as arestas por peso e pule toda aresta que feche um ciclo (Kruskal), ou faça crescer uma árvore a partir de um vértice inicial (Prim).

2Exercícios

1.Algoritmos e complexidadeMédia

Com moedas de 1, 3 e 4 e um valor de 6, quantas moedas o método guloso "maior moeda primeiro" usa, em comparação com o ótimo?

  1. AO guloso usa 3 moedas; o ótimo é 3
  2. BO guloso usa 3 moedas; o ótimo é 2
  3. CO guloso usa 4 moedas; o ótimo é 3
  4. DO guloso usa 2 moedas; o ótimo é 2
2.Algoritmos e complexidadeDifícil

O que decorreria se alguém encontrasse um algoritmo de tempo polinomial para um problema NP-completo?

  1. ASó aquele problema passaria para P
  2. BTodo problema em NP poderia ser resolvido em tempo polinomial, então P = NP
  3. CO problema da parada se tornaria decidível
  4. DTodos os algoritmos de tempo exponencial passariam imediatamente a rodar em tempo linear
3.Estruturas de dadosMédia

Uma fila é implementada com duas pilhas: push numa pilha "in" e pop numa pilha "out", reabastecida a partir de "in" quando está vazia. Qual é o custo amortizado por operação?

  1. AO(1)
  2. BO(n)
  3. CO(n²)
  4. DO(log n)
4.Estruturas de dadosDifícil

Inserir uma chave em uma árvore AVL deixa a subárvore esquerda de um nó alta demais, e a nova chave foi para a subárvore esquerda do seu filho esquerdo (caso esquerda-esquerda). Qual correção é aplicada?

  1. AUma rotação simples à esquerda no nó desbalanceado
  2. BUma rotação simples à direita no nó desbalanceado
  3. CRecolorir o nó e o seu filho
  4. DUma rotação à esquerda no filho e depois uma à direita no nó
5.Teoria dos grafosMédia

Uma árvore tem 2 vértices de grau 3, 4 vértices de grau 5, e todos os seus outros vértices são folhas (grau 1). Quantas folhas L ela tem?

2 × deg 34 × deg 5
L =
6.Teoria dos grafosDifícil
1126818155ABCDEF

O algoritmo de Dijkstra parte de A. Clique no vértice que é fixado (tornado permanente) na rodada 3; o próprio A é a rodada 1.

início: Arodada 3
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3Soluções

1.Algoritmos e complexidade

Resposta: B · O guloso usa 3 moedas; o ótimo é 2

Porque é esta a resposta

O guloso pega 4 + 1 + 1 = 3 moedas, mas 3 + 3 usa só 2, então o guloso não é ótimo para esse sistema de moedas; a programação dinâmica é.

Resposta

B · O guloso usa 3 moedas; o ótimo é 2
2.Algoritmos e complexidade

Resposta: B · Todo problema em NP poderia ser resolvido em tempo polinomial, então P = NP

Porque é esta a resposta

Como todo NP se reduz a qualquer problema NP-completo em tempo polinomial, um algoritmo rápido para um dá um algoritmo rápido para todos.

Resposta

B · Todo problema em NP poderia ser resolvido em tempo polinomial, então P = NP
3.Estruturas de dados

Resposta: A · O(1)

Porque é esta a resposta

Cada elemento é empilhado e desempilhado no máximo duas vezes no total, então, embora um reabastecimento possa levar O(n), a média em uma sequência é O(1).

Resposta

A · O(1)
4.Estruturas de dados

Resposta: B · Uma rotação simples à direita no nó desbalanceado

Porque é esta a resposta

No caso esquerda-esquerda, uma rotação à direita sobe o filho esquerdo e restaura o balanceamento; os casos em zigue-zague exigem rotação dupla.

Resposta

B · Uma rotação simples à direita no nó desbalanceado
5.Teoria dos grafos

Resposta: L = 16

Euler, Hamilton e árvores: um grafo conexo tem um circuito euleriano (cada aresta uma vez, de volta ao início) quando todo vértice tem grau par, e um caminho euleriano que não é circuito quando exatamente dois vértices têm grau ímpar; o caminho vai então de um vértice ímpar ao outro. Um circuito hamiltoniano visita cada vértice uma vez; Kn tem (n − 1)!/2 deles. Uma árvore com n vértices tem n − 1 arestas, e um grafo conexo com m arestas mantém uma árvore geradora depois de remover m − n + 1 arestas.

Lema do aperto de mãos para uma árvore

L + 26 = 2(L + 6) − 2
L = 16

Resposta

L = 16

Atalho: L = 2 + Σ (d − 2) sobre os vértices de grau d ≥ 3.

6.Teoria dos grafos

Resposta: E

Caminhos mínimos e árvores geradoras: o algoritmo de Dijkstra fixa um vértice por rodada: o vértice não fixado com a menor distância provisória. Sua distância torna-se definitiva, e cada vizinho v recebe d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). O algoritmo de Kruskal constrói uma árvore geradora mínima tomando as arestas da mais leve para a mais pesada e descartando qualquer aresta que feche um ciclo; o algoritmo de Prim faz crescer uma árvore a partir de um vértice inicial acrescentando sempre a aresta mais leve que sai dela. Uma árvore geradora de n vértices tem n − 1 arestas.

Dijkstra rodada por rodada

1. A (0): B: 11, C: 2
2. C (2): B: 8, E: 3
3. E (3): D: 11
4. B (8)
5. D (11): F: 26
6. F (26)

rodada 3

E

Resposta

E

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