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 0000 0100 хранит целое число со знаком в дополнительном коде. Каково его значение N в десятичной системе?
0000 01008 bit
N =
2.Системы счисленияСложная
Какое наименьшее (самое отрицательное) целое число N можно записать в 16-битном дополнительном коде?
16 bit
N =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна (b ∧ a) → c? Нажмите на неё.
(b ∧ a) → c
1(b → c) ∧ (a → c)
2b ∧ (a → c)
3b → (a → c)
4(b → a) → c
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Какое утверждение эквивалентно ¬∃x A(x), если отрицание перенесено полностью внутрь? Нажмите на него.
¬∃x A(x)
1∀x ¬A(x)
2∀x A(x)
3∃x A(x)
4∃x ¬A(x)
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
С помощью карты Карно найдите минимальную форму «произведение сумм» (POS) для F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 7, 8, 10, 11, 14, 15). Сколько членов-сумм (множителей), N, в ней?
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
4-разрядный сдвиговый регистр Q₃Q₂Q₁Q₀ содержит 0011. По каждому фронту тактового сигнала биты сдвигаются на одну позицию вправо (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀, Q₀ теряется), а последовательный вход поступает в Q₃. Последовательный вход равен 1, 1, 1, 1, 0 на 5 фронтах. Укажите итоговое состояние Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ в виде десятичного числа.
Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00111, 1, 1, 1, 0
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Решите 14x ≡ 5 (mod 17). Укажите решение x, для которого 0 < x < 17.
14x ≡ 5 (mod 17)
x =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
31 — простое число. Используйте малую теорему Ферма, чтобы найти 2476787 mod 31.
p = 31k = 76787
2476787 mod 31 =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Жадный алгоритм:
AНа каждом шаге делает локально наилучший выбор
BИспользует только рекурсию
CВсегда даёт оптимальное решение
DПеребирает все возможные решения
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Как алгоритм Беллмана–Форда обнаруживает цикл отрицательного веса, достижимый из источника?
AОн дважды запускает алгоритм Дейкстры и сравнивает два полученных результата расстояний
BОн подсчитывает циклы поиском в глубину
CПосле V − 1 раундов он проверяет, можно ли ещё релаксировать какое-либо ребро
DОн проверяет, есть ли ребро с отрицательным весом
11.Структуры данныхСредняя
Сколько времени занимает проверка существования ребра (u, v) с помощью матрицы смежности?
AO(log V)
BO(E)
CO(1)
DO(V)
12.Структуры данныхСложная
Временная сложность операции decrease-key в двоичной куче (при известной позиции элемента) составляет:
AO(log n)
BO(n log n)
CO(1)
DO(n)
13.Теория графовСредняя
Есть ли в связном графе эйлеров цикл, эйлеров путь, не являющийся циклом, или ни то ни другое? Нажмите на ваш ответ.
|V| = 7|E| = 12
1Эйлеров цикл
2Эйлеров путь, не цикл
3ни то, ни другое
14.Теория графовСложная
С помощью алгоритма Дейкстры найдите длину d(D) кратчайшего пути от A до D во взвешенном графе.
начало: Aконец: D
d(D) =
15.Базы данных и SQLСредняя
Какой запрос возвращает количество заказов по каждому клиенту?
ASELECT DISTINCT COUNT(*) FROM orders
BSELECT customer_id, COUNT(*) FROM orders ORDER BY customer_id
CSELECT customer_id, COUNT(*) FROM orders GROUP BY customer_id
DSELECT customer_id FROM orders WHERE COUNT(*) > 0
16.Базы данных и SQLСложная
Транзакция T1 блокирует строку A и ждёт строку B, а T2 блокирует строку B и ждёт строку A. Что делает типичная СУБД?
AФиксирует обе транзакции одновременно
BОбнаруживает взаимоблокировку и прерывает одну из транзакций как жертву
CПозволяет обеим транзакциям ждать, пока одна из них не завершится нормально
DОбъединяет две транзакции в одну
17.Компьютерные сетиСредняя
Каково основное назначение VLAN?
AРазделить одну физическую коммутируемую сеть на отдельные широковещательные домены
BДать каждому устройству публичный IP-адрес
CШифровать весь трафик между коммутаторами, чтобы другие отделы не могли его прочитать
DУвеличить скорость каждого порта коммутатора
18.Компьютерные сетиСложная
Почему браузер выдаёт предупреждение, когда сайт предъявляет самоподписанный сертификат?
AСамоподписанные сертификаты вообще не используют шифрование, поэтому трафик передаётся открытым текстом
BНи один доверенный удостоверяющий центр не подтверждает, что ключ принадлежит этому сайту
CСайт обязательно использует HTTP вместо HTTPS
DСрок действия такого сертификата всегда истёк
19.Подсети IPv4Средняя
Отделу нужно 1342 адресов узлов в одной подсети. Какова наибольшая длина префикса p (наименьшая подсеть), которой достаточно?
1342 hosts
p =
20.Подсети IPv4Сложная
Сеть 192.168.65.0/24 делится с помощью VLSM для следующих LAN: A: 80 узлов, B: 3 узлов, C: 37 узлов, D: 8 узлов. Подсети выделяются начиная с .0 по возрастанию, первой — LAN с наибольшим числом узлов, каждой — наименьшая подходящая подсеть. Чему равен четвёртый октет x адреса сети LAN B?
A: 80B: 3C: 37D: 8
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: N = 4
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.
4 = 4
Ответ
N = 4
2.Системы счисления
Ответ: N = −32768
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
−215 = −32768
Ответ
N = −32768
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: b → (a → c)
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
Экспортация: (a ∧ b) → c ≡ a → (b → c). Обе равны 0 только при a = 1, b = 1 и c = 0.
(b ∧ a) → c ≡ b → (a → c)
Проверка по таблице истинности
a = 1, b = 1, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 1, b = 1, c = 0: 0 | 0 0 0 0
a = 1, b = 0, c = 1: 1 | 1 0 1 1
a = 1, b = 0, c = 0: 1 | 0 0 1 0
a = 0, b = 1, c = 1: 1 | 1 1 1 1
a = 0, b = 1, c = 0: 1 | 0 1 1 1
a = 0, b = 0, c = 1: 1 | 1 0 1 1
a = 0, b = 0, c = 0: 1 | 1 0 1 0
Ответ
b → (a → c)
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ∀x ¬A(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 A(x) ≡ ∀x ¬A(x)
Ответ
∀x ¬A(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: N = 3
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 нули
Каждая группа — прямоугольник из 2ᵏ клеток; клетки на краю соседствуют с клетками на противоположном краю.
(B′ + C)
(A′ + C + D′)
(A + B′ + D)
Минимальная форма POS
F = (B′ + C)(A′ + C + D′)(A + B′ + D)
N = 3
Ответ
N = 3
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 7
Триггеры и счётчики: триггер меняется только по активному фронту тактового сигнала. D копирует свой вход (Q⁺ = D); T переключается при T = 1; JK сохраняет состояние при 00, сбрасывает при 01, устанавливает при 10 и переключает при 11. n-разрядный двоичный счётчик имеет 2ⁿ состояний и считает по модулю 2ⁿ; счётчик по модулю N считает 0, 1, …, N − 1 и возвращается к 0, и ему нужно наименьшее число триггеров n, при котором 2ⁿ ≥ N. Каждый разряд асинхронного счётчика делит частоту пополам, поэтому последний выход счётчика по модулю N работает на частоте fclk/N. У счётчика Джонсона из n триггеров 2n состояний, у кольцевого счётчика n.
Состояние после каждого фронта
0011 → 1001 → 1100 → 1110 → 1111 → 0111
Десятичное значение
0111₂ = 7
Ответ
Q = 7
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 4
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).
Обратный к 14
r = 17, t = 0
r = 14, q = 1, t = 1
r = 3, q = 4, t = −1
r = 2, q = 1, t = 5
r = 1, q = 2, t = −6
14−1 ≡ 11 (mod 17)
Решите
x ≡ 11·5 = 55 ≡ 4 (mod 17)
проверка: 14·4 = 56 ≡ 5 (mod 17)
Ответ
x = 4
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 2476787 mod 31 = 13
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.
Приведите показатель
76787 mod 30 = 17
2476787 ≡ 2417 (mod 31)
Малая степень
2417 mod 31 = 13
Ответ
2476787 mod 31 = 13
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · На каждом шаге делает локально наилучший выбор
Почему это ответ
Жадные алгоритмы быстры и для некоторых задач оптимальны (например, алгоритм Дейкстры, кодирование Хаффмана), но не в общем случае (например, задача о размене монет для некоторых систем монет).
Ответ
A · На каждом шаге делает локально наилучший выбор
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · После V − 1 раундов он проверяет, можно ли ещё релаксировать какое-либо ребро
Почему это ответ
Все истинные кратчайшие расстояния находятся за V − 1 раундов; если ребро ещё можно улучшить, значит, существует отрицательный цикл.
Ответ
C · После V − 1 раундов он проверяет, можно ли ещё релаксировать какое-либо ребро
11.Структуры данных
Ответ: C · O(1)
Почему это ответ
Элемент матрицы в строке u и столбце v сразу показывает, есть ли ребро; в списках смежности может понадобиться просмотреть соседей u.
Ответ
C · O(1)
12.Структуры данных
Ответ: A · O(log n)
Почему это ответ
После уменьшения ключа элемент поднимается не более чем на высоту кучи. Фибоначчиевы кучи достигают амортизированного decrease-key за O(1).
Ответ
A · O(log n)
13.Теория графов
Ответ: Эйлеров 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.
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: 4, C: 3
C (3): E: 17, G: 12
B (4): D: 16, G: 5
G (5): D: 12
D (12): F: 18
E (17)
F (18)
Кратчайший путь
A → B → G → D
d(D) = 12
Ответ
d(D) = 12
15.Базы данных и SQL
Ответ: C · SELECT customer_id, COUNT(*) FROM orders GROUP BY customer_id
Почему это ответ
GROUP BY customer_id создаёт по одной группе на клиента, а COUNT(*) подсчитывает строки в каждой группе.
Ответ
C · SELECT customer_id, COUNT(*) FROM orders GROUP BY customer_id
16.Базы данных и SQL
Ответ: B · Обнаруживает взаимоблокировку и прерывает одну из транзакций как жертву
Почему это ответ
Цикл в графе ожидания — это взаимоблокировка (deadlock); СУБД откатывает одну транзакцию, чтобы другая могла продолжиться, а жертву можно запустить повторно.
Ответ
B · Обнаруживает взаимоблокировку и прерывает одну из транзакций как жертву
17.Компьютерные сети
Ответ: A · Разделить одну физическую коммутируемую сеть на отдельные широковещательные домены
Почему это ответ
VLAN логически группируют порты, поэтому широковещательные рассылки остаются в пределах каждой VLAN. Это повышает безопасность и ограничивает широковещательный трафик.
Ответ
A · Разделить одну физическую коммутируемую сеть на отдельные широковещательные домены
18.Компьютерные сети
Ответ: B · Ни один доверенный удостоверяющий центр не подтверждает, что ключ принадлежит этому сайту
Почему это ответ
Браузеры доверяют сертификатам, подписанным напрямую или через цепочку удостоверяющими центрами из их хранилища доверия. Самоподписанный сертификат мог создать кто угодно, например «человек посередине».
Ответ
B · Ни один доверенный удостоверяющий центр не подтверждает, что ключ принадлежит этому сайту
19.Подсети IPv4
Ответ: p = 21
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).
Необходимые биты узла
210 − 2 = 1022 < 1342
211 − 2 = 2046 ≥ 1342 → h = 11
Длина префикса
p = 32 − 11 = 21
Ответ
p = /21
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 208
VLSM: каждая LAN получает наименьшую подсеть с 2ʰ − 2 ≥ числа её узлов, т. е. префикс 32 − h. Если выделять сначала наибольшие подсети, каждый блок оказывается выровнен по числу, кратному своему размеру, поэтому адреса сетей получаются сложением размеров блоков.