Подсчитайте различные переменные: в таблице истинности 2ⁿ строк, и начинается она со строки, где все переменные равны 1.
Отведите каждой подформуле отдельный столбец и заполняйте столбцы изнутри наружу.
Применяйте правило каждой связки: → равно 0 только для 1 → 0, ↔ равно 1, когда обе части совпадают.
Для эквивалентностей сравнивайте последние столбцы строка за строкой; для рассуждения смотрите только на строки, в которых все посылки равны 1.
Чтобы отрицать высказывание с квантором, переносите ¬ внутрь, меняйте ∀ и ∃ местами и отрицайте внутреннюю формулу.
Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Основные вентили
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Правила булевой алгебры
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
Законы де Моргана
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Порядок на карте Карно
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Группа из 2ᵏ клеток
теряет k переменных
Мультиплексор 4 в 1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Триггеры
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Счётчики
n-разрядный: 2ⁿ состояний; по модулю N: наименьшее n, при котором 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Асинхронный счётчик
fmax = 1/(n·tpd)
Кольцевой счётчик и счётчик Джонсона
n и 2n состояний
Метод
Для схемы идите от входов к выходу вентиль за вентилем и записывайте значение на каждом проводе или запишите её выражение и заполните таблицу истинности.
Для упрощения поставьте единицы (и безразличные состояния как X) на карту Карно со строками и столбцами в коде Грея: 00, 01, 11, 10.
Покройте единицы как можно меньшим числом как можно больших групп по 1, 2, 4, 8 или 16 клеток, с переходом через края; каждая группа — один член-произведение из переменных, которые остаются постоянными. Для формы POS группируйте нули.
Для триггеров и счётчиков считывайте входы на каждом активном фронте тактового сигнала, записывайте состояние после каждого фронта и помните, что n-разрядный счётчик возвращается к началу после 2ⁿ состояний.
Теория чисел и модульная арифметика
Деление с остатком
a = q·n + r, 0 ≤ r < n
Евклид
gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
Наименьшее общее кратное
lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
Обратная матрица
a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
Линейное сравнение
a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
Функция Эйлера
φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
Ферма
aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA
n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n
Метод
Сначала приведите каждое число по модулю n; остатки лежат от 0 до n − 1.
Для НОД делите с остатком по алгоритму Евклида; последний ненулевой остаток и есть НОД.
Для обратного элемента запустите расширенный алгоритм и возьмите коэффициент при a; если он отрицательный, прибавьте n.
Решайте a·x ≡ b умножением на a⁻¹; два сравнения объединяйте, записывая x = r₁ + m₁k.
Для степеней запишите показатель в двоичном виде и многократно возводите в квадрат; в RSA d = e⁻¹ mod φ(n), где φ(n) = (p − 1)(q − 1).
Теория графов
Лемма о рукопожатиях
Σ deg(v) = 2|E|
Полные графы
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Регулярный граф
|E| = n·k/2
Дерево и лес
|E| = n − 1, |E| = n − c
Листья дерева
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Эйлер
цикл: все степени чётные; путь: ровно две нечётные степени
Гамильтоновы циклы в Kn
(n − 1)!/2
Обновление в алгоритме Дейкстры
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Маршруты длины L
(Mᴸ)ij
Метод
Запишите степень каждой вершины; сумма степеней равна удвоенному числу рёбер.
В задачах об эйлеровых путях проверьте, что граф связный, и посчитайте вершины нечётной степени.
Для деревьев используйте n − 1 ребро и лемму о рукопожатиях.
В алгоритме Дейкстры ведите таблицу предварительных расстояний и на каждом шаге фиксируйте нефиксированную вершину с наименьшим расстоянием.
Для минимального остовного дерева отсортируйте рёбра по весу и пропускайте каждое ребро, замыкающее цикл (Краскал), либо растите одно дерево из начальной вершины (Прим).
Подсети IPv4
Узлы в подсети
2(32 − prefix) − 2 (/31: 2, /32: 1)
Размер блока
256 − (mask octet)
Адрес сети
IP AND маска
Широковещательный адрес
IP OR (NOT маска): все биты узла равны 1
Подсети из n заимствованных битов
2n
2Тренировочные задачи
1.Системы счисленияСредняя
Запишите −47 как 8-битную комбинацию в дополнительном коде. Прочитайте комбинацию как беззнаковое двоичное число: каково его значение U в десятичной системе?
N = −478 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Установите биты в 8-битный результат операции 1010 1010 AND 1101 0110. Чему равно значение результата R в десятичной системе?
1010 1010AND1101 0110
R =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна ¬(b ↔ a)? Нажмите на неё.
¬(b ↔ a)
1b ∧ ¬a
2¬b ∨ ¬a
3¬b ↔ ¬a
4b ↔ ¬a
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Какое утверждение эквивалентно ¬∀x (F(x) → G(x)), если отрицание перенесено полностью внутрь? Нажмите на него.
¬∀x (F(x) → G(x))
1∀x (F(x) → ¬G(x))
2∃x (F(x) ∧ ¬G(x))
3∀x (F(x) ∧ ¬G(x))
4∃x (¬F(x) ∧ G(x))
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
С помощью карты Карно найдите минимальную форму «сумма произведений» (SOP) для F(A, B, C, D) = Σm(1, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15). Сколько всего литералов, L, она содержит (переменная со штрихом считается одним литералом)?
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Найдите минимальную форму SOP для F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 9, 12) + d(7, 10, 11, 13), где d обозначает безразличные состояния. Сколько литералов, L, она содержит?
Какое жадное правило в задаче о выборе заявок всегда даёт максимальное число непересекающихся заявок?
AСначала выбрать самую короткую заявку
BВыбрать заявку, которая заканчивается раньше всех, затем повторить с совместимыми
CВыбрать заявку, которая начинается раньше всех
DСначала выбрать заявку с наименьшим числом пересечений, затем повторить с совместимыми
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Какова временная сложность построения двоичной кучи из n неотсортированных элементов восходящим методом (bottom-up)?
AO(n log n)
BO(log n)
CO(n)
DO(n²)
11.Структуры данныхСредняя
Ключи 50, 30, 70, 20, 40 вставляются в таком порядке в пустое двоичное дерево поиска. Кто левый потомок 30?
A20
B70
C40
D50
12.Структуры данныхСложная
Каковы затраты времени и дополнительной памяти на разворот односвязного списка на месте?
AO(n) времени и O(n) дополнительной памяти
BO(1) времени и O(1) дополнительной памяти
CO(n log n) времени и O(1) дополнительной памяти
DO(n) времени и O(1) дополнительной памяти
13.Теория графовСредняя
У дерева 2 вершин степени 4, 4 вершин степени 5, а все остальные его вершины — листья (степень 1). Сколько у него листьев, L?
2 × deg 44 × deg 5
L =
14.Теория графовСложная
Алгоритм Дейкстры запускается из A. Нажмите на вершину, которая фиксируется (становится постоянной) на шаге 5; сама A фиксируется на шаге 1.
начало: Aшаг 5
1A
2B
3C
4D
5E
6F
7G
15.Базы данных и SQLСредняя
Что означает функциональная зависимость A → B?
AA — внешний ключ, ссылающийся на B
BA и B — оба первичные ключи
CКаждому значению B соответствует ровно одно значение A
DКаждому значению A соответствует ровно одно значение B
16.Базы данных и SQLСложная
R(A, B, C, D) имеет функциональные зависимости A → B и C → D. Каков потенциальный ключ?
A{C}
B{A, C}
C{B, D}
D{A}
17.Компьютерные сетиСредняя
Сколько адресов узлов можно использовать в сети IPv4 /24?
A254
B256
C252
D255
18.Компьютерные сетиСложная
Какой механизм предотвращает широковещательные петли в сети с резервными связями между коммутаторами?
ADHCP snooping
BКэширование ARP
CNAT
DSpanning Tree Protocol
19.Подсети IPv4Средняя
Сеть 192.168.10.0/24 нужно разделить как минимум на 8 одинаковых подсетей. Если занять как можно меньше битов, сколько используемых узлов H будет в каждой подсети?
192.168.10.0/248 subnets
H =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.20.35/25. Каков четвёртый октет x последнего используемого адреса узла в его подсети?
10.20.20.35/25
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 209
Позиционные системы счисления: каждая цифра стоит своего значения, умноженного на степень основания. В двоичной системе разряды стоят 1, 2, 4, 8, 16, …, в шестнадцатеричной 1, 16, 256, …, а A–F обозначают 10–15. В 8-битном дополнительном коде крайний левый бит стоит −128 вместо +128; так хранятся отрицательные числа.
Инвертируйте и прибавьте единицу
47 = 0010 1111
инвертировано: 1101 0000
+1 → 1101 0001
Прочитайте как беззнаковое
1101 0001₂ = 256 − 47 = 209
Ответ
U = 209
2.Системы счисления
Ответ: R = 130
Установка битов: каждый бит стоит степень двойки (128, 64, …, 1). Одна шестнадцатеричная цифра — это ровно четыре бита, а в 8-битном дополнительном коде крайний левый бит стоит −128. Побитовые операции работают с каждой позицией бита отдельно.
Бит за битом
AND даёт 1 только там, где оба бита равны 1.
1010 1010
AND 1101 0110
= 1000 0010
Значение результата
1000 0010₂ = 130
Ответ
R = 130
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: b ↔ ¬a
Логическая эквивалентность: две формулы эквивалентны (≡), если в каждой строке таблицы истинности они имеют одинаковое значение. Тавтология равна 1 в каждой строке, противоречие равно 0 в каждой строке, а нейтральная формула (contingency) — ни то ни другое. Полезные законы: законы де Моргана, ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b и ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (контрапозиция); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; а также законы дистрибутивности, a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c).
Закон
¬(a ↔ b) равно 1 ровно тогда, когда a и b различаются, то есть a ↔ ¬b.
¬(b ↔ a) ≡ b ↔ ¬a
Проверка по таблице истинности
a = 1, b = 1: 0 | 0 0 1 0
a = 1, b = 0: 1 | 0 1 0 1
a = 0, b = 1: 1 | 1 1 0 1
a = 0, b = 0: 0 | 0 1 1 0
Ответ
b ↔ ¬a
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ∃x (F(x) ∧ ¬G(x))
Кванторы и рассуждения: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) и ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x). Переносите отрицание внутрь, меняйте каждый квантор, через который оно проходит, и отрицайте внутреннюю формулу по законам логики высказываний, например ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b. Рассуждение правильно, если вывод равен 1 в каждой строке, где все посылки равны 1. Одной строки с истинными посылками и ложным выводом достаточно, чтобы получить контрпример и показать, что рассуждение неправильно.
Перенесите отрицание внутрь
¬∀x (F(x) → G(x)) ≡ ∃x (F(x) ∧ ¬G(x))
Ответ
∃x (F(x) ∧ ¬G(x))
Остальные варианты либо оставляют какой-то квантор без изменения, либо меняют порядок кванторов, либо неверно отрицают внутреннюю формулу.
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: L = 11
Карты Карно: клетки упорядочены по коду Грея (00, 01, 11, 10), поэтому соседние клетки, включая те, что через края, отличаются ровно одной переменной. Группируйте единицы в прямоугольники по 1, 2, 4, 8 или 16 клеток, как можно большие и в как можно меньшем числе, пока не будет покрыта каждая единица. Каждая группа — один член-произведение: переменные, которые внутри неё остаются постоянными. Группа из 2ᵏ клеток теряет k переменных. Безразличные состояния (X) можно использовать, чтобы увеличить группы, но покрывать их не обязательно. Если группировать нули, получится минимальная форма POS.
Сгруппируйте единицы
Каждая группа — прямоугольник из 2ᵏ клеток; клетки на краю соседствуют с клетками на противоположном краю.
BD
BC
AD′
AC
A′C′D
Минимальная форма SOP
F = BD + BC + AD′ + AC + A′C′D
L = 11
Ответ
L = 11
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: L = 9
Карты Карно: клетки упорядочены по коду Грея (00, 01, 11, 10), поэтому соседние клетки, включая те, что через края, отличаются ровно одной переменной. Группируйте единицы в прямоугольники по 1, 2, 4, 8 или 16 клеток, как можно большие и в как можно меньшем числе, пока не будет покрыта каждая единица. Каждая группа — один член-произведение: переменные, которые внутри неё остаются постоянными. Группа из 2ᵏ клеток теряет k переменных. Безразличные состояния (X) можно использовать, чтобы увеличить группы, но покрывать их не обязательно. Если группировать нули, получится минимальная форма POS.
Простые импликанты
Самые большие группы, которые можно образовать из единиц и X.
B′CD′, AC′D, A′B′D′, AB′D, ABC′
Минимальное покрытие
F = AC′D + A′B′D′ + ABC′
L = 9
Ответ
L = 9
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 37−1 mod 50 = 23
Обратные элементы и сравнения: у a есть обратный по модулю n ровно тогда, когда НОД(a, n) = 1. Расширенный алгоритм Евклида записывает 1 = s·n + t·a, откуда a⁻¹ ≡ t (mod n). Сравнение a·x ≡ b (mod n) при НОД(a, n) = 1 имеет решение x ≡ a⁻¹·b. Два сравнения x ≡ r₁ (mod m₁) и x ≡ r₂ (mod m₂) со взаимно простыми модулями имеют одно решение по модулю m₁·m₂ (китайская теорема об остатках). Функция Эйлера φ(n) считает числа от 1 до n, взаимно простые с n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Расширенный алгоритм Евклида
Каждый остаток r записывается как r ≡ t·37 (mod 50).
r = 50, t = 0
r = 37, q = 1, t = 1
r = 13, q = 2, t = −1
r = 11, q = 1, t = 3
r = 2, q = 5, t = −4
r = 1, q = 2, t = 23
Обратная матрица
1 ≡ 23·37 (mod 50)
x = 23
проверка: 37·23 = 851 = 17·50 + 1
Ответ
37−1 mod 50 = 23
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 5
Обратные элементы и сравнения: у a есть обратный по модулю n ровно тогда, когда НОД(a, n) = 1. Расширенный алгоритм Евклида записывает 1 = s·n + t·a, откуда a⁻¹ ≡ t (mod n). Сравнение a·x ≡ b (mod n) при НОД(a, n) = 1 имеет решение x ≡ a⁻¹·b. Два сравнения x ≡ r₁ (mod m₁) и x ≡ r₂ (mod m₂) со взаимно простыми модулями имеют одно решение по модулю m₁·m₂ (китайская теорема об остатках). Функция Эйлера φ(n) считает числа от 1 до n, взаимно простые с n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p).
Разделите на НОД
gcd(6, 20) = 2
3x ≡ 5 (mod 10)
Решите упрощённое сравнение
3−1 ≡ 7 (mod 10) → x ≡ 5 (mod 10)
Решения по модулю 20
x ∈ {5, 15}
x = 5
Ответ
x = 5
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Выбрать заявку, которая заканчивается раньше всех, затем повторить с совместимыми
Почему это ответ
Оптимальность выбора по самому раннему времени окончания доказывается аргументом обмена; для остальных правил есть контрпримеры.
Ответ
B · Выбрать заявку, которая заканчивается раньше всех, затем повторить с совместимыми
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · O(n)
Почему это ответ
Сумма затрат на просеивание вниз (sift-down) по всем уровням даёт сходящийся ряд, поэтому построение кучи (heapify) выполняется за линейное время.
Ответ
C · O(n)
11.Структуры данных
Ответ: A · 20
Почему это ответ
20 меньше 50 и меньше 30, поэтому становится левым потомком 30; 40 становится его правым потомком.
Ответ
A · 20
12.Структуры данных
Ответ: D · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти
Почему это ответ
Три указателя (предыдущий, текущий, следующий) позволяют развернуть каждую связь за один проход без выделения новых узлов.
Ответ
D · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти
13.Теория графов
Ответ: L = 18
Эйлер, Гамильтон и деревья: связный граф имеет эйлеров цикл (каждое ребро один раз, с возвратом в начало), когда все вершины имеют чётную степень, и эйлеров путь, не являющийся циклом, когда ровно две вершины имеют нечётную степень; тогда путь идёт от одной нечётной вершины к другой. Гамильтонов цикл посещает каждую вершину один раз; в Kn их (n − 1)!/2. У дерева на n вершинах n − 1 ребро, а связный граф с m рёбрами сохраняет остовное дерево после удаления m − n + 1 рёбер.
Лемма о рукопожатиях для дерева
L + 28 = 2(L + 6) − 2
L = 18
Ответ
L = 18
Короткий путь: L = 2 + Σ (d − 2) по вершинам степени d ≥ 3.
14.Теория графов
Ответ: E
Кратчайшие пути и остовные деревья: алгоритм Дейкстры фиксирует по одной вершине на шаге: нефиксированную вершину с наименьшим предварительным расстоянием. Её расстояние становится окончательным, а каждый сосед v получает d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Алгоритм Краскала строит минимальное остовное дерево, беря рёбра от лёгких к тяжёлым и пропуская любое ребро, которое замкнуло бы цикл; алгоритм Прима растит одно дерево из начальной вершины, всегда добавляя самое лёгкое ребро, выходящее из него. В остовном дереве на n вершинах n − 1 ребро.
Алгоритм Дейкстры по шагам
1. A (0): B: 13
2. B (13): C: 23, G: 27
3. C (23): E: 32, G: 24
4. G (24): D: 37, E: 27
5. E (27): F: 34
6. F (34)
7. D (37)
шаг 5
E
Ответ
E
15.Базы данных и SQL
Ответ: D · Каждому значению A соответствует ровно одно значение B
Почему это ответ
A → B означает, что любые две строки с одинаковым значением A должны иметь одинаковое значение B; A определяет B.
Ответ
D · Каждому значению A соответствует ровно одно значение B
16.Базы данных и SQL
Ответ: B · {A, C}
Почему это ответ
A и C ничем не определяются, поэтому каждый ключ должен содержать оба, и {A, C}+ = {A, B, C, D}.
Ответ
B · {A, C}
17.Компьютерные сети
Ответ: A · 254
Почему это ответ
В сети /24 8 бит узла, то есть 2⁸ = 256 адресов. Адреса сети и широковещательный зарезервированы, и для узлов остаётся 254.
Ответ
A · 254
18.Компьютерные сети
Ответ: D · Spanning Tree Protocol
Почему это ответ
STP выбирает корневой мост (root bridge) и блокирует резервные пути, разблокируя их при отказе активного канала.
Ответ
D · Spanning Tree Protocol
19.Подсети IPv4
Ответ: H = 30
Подсети IPv4: адрес состоит из 32 битов. Префикс /p указывает, сколько начальных битов определяют сеть; остальные 32 − p битов нумеруют узлы. В подсети 2³²⁻ᵖ адресов, но первый (адрес сети) и последний (широковещательный адрес) нельзя назначить узлам, поэтому помещается 2³²⁻ᵖ − 2 узла. Исключения: /31 (канал «точка-точка», RFC 3021) использует оба своих 2 адреса для хостов, а /32 — это один-единственный адрес (отдельный хост или loopback).
Занимаемые биты
23 = 8 ≥ 8 → b = 3, /27
Узлы в подсети
25 − 2 = 30
Ответ
H = 30
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 126
Подсети IPv4: адрес состоит из 32 битов. Префикс /p указывает, сколько начальных битов определяют сеть; остальные 32 − p битов нумеруют узлы. В подсети 2³²⁻ᵖ адресов, но первый (адрес сети) и последний (широковещательный адрес) нельзя назначить узлам, поэтому помещается 2³²⁻ᵖ − 2 узла. Исключения: /31 (канал «точка-точка», RFC 3021) использует оба своих 2 адреса для хостов, а /32 — это один-единственный адрес (отдельный хост или loopback).