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
8-битная комбинация 1001 0010 хранит целое число со знаком в дополнительном коде. Каково его значение N в десятичной системе?
1001 00108 bit
N =
2.Системы счисленияСложная
Какое наименьшее (самое отрицательное) целое число N можно записать в 32-битном дополнительном коде?
32 bit
N =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна c → b? Нажмите на неё.
c → b
1¬c ∨ b
2c ∨ ¬b
3¬c ∧ b
4¬c → ¬b
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
В скольких из 16 строк таблицы истинности (¬r ∨ (q ∧ ¬s)) ∧ (p → q) истинно? Обозначим это число N.
(¬r ∨ (q ∧ ¬s)) ∧ (p → q)
N =
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
Упростите F = A′C + ABC + AB′C до минимальной формы «сумма произведений». Сколько литералов, L, содержит упрощённое выражение?
F = A′C + ABC + AB′C
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Найдите минимальную форму SOP для F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 4, 6, 7, 8, 9) + d(5, 10, 11), где d обозначает безразличные состояния. Сколько членов-произведений, N, в ней?
Сеть 192.168.10.0/24 нужно разделить как минимум на 30 одинаковых подсетей. Если занять как можно меньше битов, сколько используемых узлов H будет в каждой подсети?
192.168.10.0/2430 subnets
H =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.176.198/30. Каково последнее число (четвёртый октет) x широковещательного адреса его подсети?
10.20.176.198/30
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: N = −110
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.
Сложите веса
Остальные биты сохраняют свои обычные положительные веса.
−128 + 16 + 2 = −110
Ответ
N = −110
2.Системы счисления
Ответ: N = −2,147 × 10⁹
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.
Самое отрицательное значение
−231 = −2147483648
Ответ
N = −2147483648
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ¬c ∨ b
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 0 только при a = 1 и b = 0, поэтому оно совпадает с ¬a ∨ b.
c → b ≡ ¬c ∨ b
Проверка по таблице истинности
b = 1, c = 1: 1 | 1 1 0 1
b = 1, c = 0: 1 | 1 0 1 0
b = 0, c = 1: 0 | 0 1 0 1
b = 0, c = 0: 1 | 1 1 0 1
Ответ
¬c ∨ b
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: N = 8
Таблицы истинности: у формулы с n различными переменными 2ⁿ строк, по одной для каждой комбинации значений истинности (1 = истина, 0 = ложь). Работайте изнутри наружу и отводите каждой подформуле отдельный столбец. ¬a меняет значение на противоположное; a ∧ b равно 1 только тогда, когда оба равны 1; a ∨ b равно 0 только тогда, когда оба равны 0; a → b равно 0 только при a = 1 и b = 0; a ↔ b равно 1, когда обе части равны.
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: L = 1
Булева алгебра: правила, упрощающие выражения: X + X′ = 1 и X·X′ = 0, X + X = X, поглощение X + X·Y = X, правило склеивания X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y и теорема о консенсусе XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. Законы де Моргана превращают (X·Y)′ в X′ + Y′ и (X + Y)′ в X′·Y′. Карта Карно применяет эти правила графически: каждая группа из двух соседних клеток — это одно применение XY + XY′ = X.
Минтермы выражения
A′C → m(1, 3)
ABC → m(7)
AB′C → m(5)
Сгруппируйте и прочитайте
F = C
Посчитайте литералы
L = 1
Ответ
L = 1
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: N = 4
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′C′D, B′CD′, A′C′D, A′CD′, A′B, AB′
Минимальное покрытие
F = B′C′D + B′CD′ + A′B + AB′
N = 4
Ответ
N = 4
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 21−1 mod 23 = 11
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·21 (mod 23).
r = 23, t = 0
r = 21, q = 1, t = 1
r = 2, q = 10, t = −1
r = 1, q = 2, t = 11
Обратная матрица
1 ≡ 11·21 (mod 23)
x = 11
проверка: 21·11 = 231 = 10·23 + 1
Ответ
21−1 mod 23 = 11
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: c = 512
Степени по модулю и RSA: вычисляйте aᵏ mod n многократным возведением в квадрат: запишите k в двоичном виде, возводите в квадрат, приводите по модулю после каждого шага и перемножайте те степени, чей бит равен 1. Ферма: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) для простого p, не делящего a, поэтому показатель можно приводить по модулю p − 1. RSA: выберите простые p и q, n = p·q и φ(n) = (p − 1)(q − 1); открытый показатель e взаимно прост с φ(n), а закрытый показатель d = e⁻¹ mod φ(n). Шифруйте как c = mᵉ mod n и расшифровывайте как m = cᵈ mod n.
Многократное возведение в квадрат
19 = 16 + 2 + 1
2801 ≡ 280 (mod 731)
2802 ≡ 183 (mod 731)
2804 ≡ 594 (mod 731)
2808 ≡ 494 (mod 731)
28016 ≡ 613 (mod 731)
28019 ≡ 280·183·613 ≡ 512 (mod 731)
Шифртекст
c = 512
Ответ
c = 512
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · Логарифмы по разным основаниям отличаются лишь постоянным множителем
Почему это ответ
Смена основания умножает логарифм на константу, а O большое игнорирует постоянные множители.
Ответ
C · Логарифмы по разным основаниям отличаются лишь постоянным множителем
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: D · Θ(nlog₂ 7), примерно n2,81
Почему это ответ
При a = 7 и b = 2 член nlog₂ 7 доминирует над работой сложения O(n²), что даёт примерно n2,81.
Ответ
D · Θ(nlog₂ 7), примерно n2,81
11.Структуры данных
Ответ: B · 14
Почему это ответ
Помещаем 3 и 4, + даёт 7; помещаем 2, * даёт 7 × 2 = 14.
Ответ
B · 14
12.Структуры данных
Ответ: C · 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
C · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти
13.Теория графов
Ответ: Эйлеров путь, не цикл
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.
Эйлеров путь начинается в одной нечётной вершине и заканчивается в другой.
14.Теория графов
Ответ: d(F) = 27
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
В каждой строке: зафиксированная вершина, её окончательное расстояние и соседи, у которых расстояние улучшается.
A (0): B: 7, C: 11
B (7)
C (11): E: 23, G: 19
G (19): D: 21, E: 20
E (20): F: 27
D (21)
F (27)
Кратчайший путь
A → C → G → E → F
d(F) = 27
Ответ
d(F) = 27
15.Базы данных и SQL
Ответ: D · Никаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
Почему это ответ
Любое сравнение с NULL через = даёт UNKNOWN, а WHERE оставляет только строки с TRUE; вместо этого используйте col IS NULL.
Ответ
D · Никаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
16.Базы данных и SQL
Ответ: C · Студентов с оценкой выше средней
Почему это ответ
Скалярный подзапрос вычисляет среднее значение, а внешний запрос оставляет студентов, чья оценка выше него.
Ответ
C · Студентов с оценкой выше средней
17.Компьютерные сети
Ответ: A · Установить соединение и синхронизировать порядковые номера
Почему это ответ
Рукопожатие устанавливает соединение и согласует начальные порядковые номера обеих сторон до отправки данных.
Ответ
A · Установить соединение и синхронизировать порядковые номера
18.Компьютерные сети
Ответ: B · Вектора расстояний; расщепление горизонта (split horizon) и отравление обратного маршрута (poison reverse)
Почему это ответ
После отказа маршрутизаторы вектора расстояний могут продолжать объявлять друг другу устаревшие маршруты, медленно увеличивая метрику. Split horizon, poison reverse и максимальное значение метрики ограничивают это.
Ответ
B · Вектора расстояний; расщепление горизонта (split horizon) и отравление обратного маршрута (poison reverse)
19.Подсети IPv4
Ответ: H = 6
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
25 = 32 ≥ 30 → b = 5, /29
Узлы в подсети
23 − 2 = 6
Ответ
H = 6
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 199
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).