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 −104 как 8-битную комбинацию в дополнительном коде. Прочитайте комбинацию как беззнаковое двоичное число: каково его значение U в десятичной системе?
N = −1048 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Несжатое изображение имеет размер 800 × 600 пикселей и 8 бит на пиксель. Сколько памяти M оно занимает, в KiB (1 KiB = 1024 байта)?
800 × 600 px8 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна r ∧ (p ∨ q)? Нажмите на неё.
r ∧ (p ∨ q)
1(r ∨ p) ∧ (r ∨ q)
2(r ∧ p) ∨ q
3r ∨ (p ∧ q)
4(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
В скольких из 16 строк таблицы истинности (s ↔ ¬r) ∧ (p ∨ q) истинно? Обозначим это число N.
(s ↔ ¬r) ∧ (p ∨ q)
N =
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(1, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12). Сколько членов-сумм (множителей), N, в ней?
F(A, B, C, D) = Σm(1, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 12)
N =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Триггер D, срабатывающий по переднему фронту, начинает с Q = 0 и получает показанные входы на 7 передних фронтах тактового сигнала. Сколько раз, N, Q меняет состояние?
Q₀ = 0D
N =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите наименьшее положительное целое x, для которого x ≡ 2 (mod 6) и x ≡ 4 (mod 11).
x ≡ 2 (mod 6)x ≡ 4 (mod 11)
x =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
Зашифруйте сообщение m = 352 открытым ключом RSA (n, e) = (1517, 23). Найдите шифртекст c.
n = 1517e = 23m = 352
c =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Какова амортизированная временная сложность добавления элемента в конец динамического массива, который удваивает свою ёмкость при заполнении?
AO(1)
BO(n²)
CO(log n)
DO(n)
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Какие две вещи нужно показать, чтобы доказать NP-полноту задачи распознавания X?
AУ X нет полиномиального алгоритма, и X разрешима
BX сводится к задаче из P, и X лежит в NP
CX лежит в NP, и известная NP-полная задача сводится к X за полиномиальное время
DX лежит в P, и X сводится к SAT
11.Структуры данныхСредняя
Какой абстрактный тип данных использует алгоритм Дейкстры для выбора следующей обрабатываемой вершины?
AМножество без упорядочения
BОчередь с приоритетом по минимуму
CОчередь FIFO
DСтек
12.Структуры данныхСложная
Для каждого элемента массива нужно найти следующий больший элемент справа за общее время O(n). Какая структура поможет?
AОчередь, хранящая каждую пару элементов
BСтек, хранящий элементы, ожидающие своего ответа
CХеш-таблица всех элементов
DДвоичное дерево поиска, перестраиваемое для каждого элемента
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| = 6|E| = 6
1Эйлеров цикл
2Эйлеров путь, не цикл
3ни то, ни другое
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
BКаждому значению A соответствует ровно одно значение B
CA и B — оба первичные ключи
DКаждому значению B соответствует ровно одно значение A
16.Базы данных и SQLСложная
Приложение выполняет UPDATE item SET qty = 4, version = 8 WHERE id = 1 AND version = 7 и сообщает о конфликте, если ни одна строка не обновлена. Что это за техника?
AШардирование базы данных
BОптимистическое управление параллелизмом
CЖурнализация с упреждающей записью
DСтрогая двухфазная блокировка с блокировками строк
17.Компьютерные сетиСредняя
Какой протокол использует команда «ping»?
AHTTP
BTCP
CICMP
DUDP
18.Компьютерные сетиСложная
Что контролирует окно приёма (rwnd) в соединении TCP?
AРазмер заголовка каждого IP-пакета
BСколько неподтверждённых данных может отправить отправитель с учётом буфера получателя
CКоличество открытых портов
DТайм-аут повторной передачи, вычисляемый по измеренному времени кругового обхода каждого сегмента
19.Подсети IPv4Средняя
Сеть 192.168.226.0/24 разделена на подсети /27, пронумерованные 1, 2, 3, … начиная с младшего адреса (подсеть 1 начинается с .0). Чему равен четвёртый октет x адреса сети подсети 4?
192.168.226.0/24/27подсеть 4 (подсеть 1 начинается с .0)
x =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.198.243/26. Каково последнее число (четвёртый октет) x широковещательного адреса его подсети?
10.20.198.243/26
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 152
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
104 = 0110 1000
инвертировано: 1001 0111
+1 → 1001 1000
Прочитайте как беззнаковое
1001 1000₂ = 256 − 104 = 152
Ответ
U = 152
2.Системы счисления
Ответ: M = 468,8 KiB
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.
Биты и байты
800·600·8 = 3840000 bit = 480000 B
Переведите в KiB
480000/1024 = 468,75 KiB
Ответ
M = 468,75 KiB
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: (r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
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
∧ дистрибутивно относительно ∨: a ∧ (b ∨ c) ≡ (a ∧ b) ∨ (a ∧ c).
r ∧ (p ∨ q) ≡ (r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
Проверка по таблице истинности
p = 1, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 1, r = 0: 0 | 1 1 1 0
p = 1, q = 0, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0
p = 0, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 0, q = 1, r = 0: 0 | 0 1 0 0
p = 0, q = 0, r = 1: 0 | 1 0 1 0
p = 0, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0
Ответ
(r ∧ p) ∨ (r ∧ q)
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: N = 6
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.
Столбцы
¬r; s ↔ ¬r; p ∨ q; (s ↔ ¬r) ∧ (p ∨ q)
Разбиение по p
p = 1: 4
p = 0: 2
N = 4 + 2 = 6
Ответ
N = 6
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 + D′)
(A′ + C′)
(A + B + D)
Минимальная форма POS
F = (B′ + C + D′)(A′ + C′)(A + B + D)
N = 3
Ответ
N = 3
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: N = 2
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.
Q после каждого фронта
D-триггер копирует D по каждому переднему фронту: Q⁺ = D.
1: D = 0 → Q = 0
2: D = 1 → Q = 1
3: D = 1 → Q = 1
4: D = 1 → Q = 1
5: D = 1 → Q = 1
6: D = 0 → Q = 0
7: D = 0 → Q = 0
Посчитайте изменения
0 → 0 → 1 → 1 → 1 → 1 → 0 → 0
N = 2
Ответ
N = 2
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 26
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).
Первое сравнение
x = 2 + 6k
Второе сравнение
2 + 6k ≡ 4 (mod 11) → 6k ≡ 2 (mod 11)
k ≡ 2·2 ≡ 4 (mod 11)
Результат
x = 2 + 6·4 = 26
x = 26
проверка: 26 mod 6 = 2, 26 mod 11 = 4
Ответ
x = 26
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: c = 977
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
23 = 16 + 4 + 2 + 1
3521 ≡ 352 (mod 1517)
3522 ≡ 1027 (mod 1517)
3524 ≡ 414 (mod 1517)
3528 ≡ 1492 (mod 1517)
35216 ≡ 625 (mod 1517)
35223 ≡ 352·1027·414·625 ≡ 977 (mod 1517)
Шифртекст
c = 977
Ответ
c = 977
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · O(1)
Почему это ответ
Копирование всех элементов происходит только на степенях двойки; если распределить эти затраты на все добавления, средняя стоимость одного добавления постоянна.
Ответ
A · O(1)
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · X лежит в NP, и известная NP-полная задача сводится к X за полиномиальное время
Почему это ответ
Принадлежность к NP показывает, что X не сложнее NP; сведение известной NP-полной задачи показывает, что X не легче всего класса NP.
Ответ
C · X лежит в NP, и известная NP-полная задача сводится к X за полиномиальное время
11.Структуры данных
Ответ: B · Очередь с приоритетом по минимуму
Почему это ответ
Очередь с приоритетом по минимуму, обычно двоичная куча, эффективно возвращает непосещённую вершину с наименьшим расстоянием.
Ответ
B · Очередь с приоритетом по минимуму
12.Структуры данных
Ответ: B · Стек, хранящий элементы, ожидающие своего ответа
Почему это ответ
При проходе слева направо извлекают все элементы стека, меньшие текущего (текущий элемент — их ответ), затем помещают текущий; каждый элемент перемещается не более двух раз.
Ответ
B · Стек, хранящий элементы, ожидающие своего ответа
13.Теория графов
Ответ: ни то, ни другое
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
1. A (0): B: 6, C: 2
2. C (2): E: 8
3. B (6): G: 15
4. E (8): D: 18, F: 19, G: 12
5. G (12)
6. D (18)
7. F (19)
шаг 5
G
Ответ
G
15.Базы данных и SQL
Ответ: B · 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
B · Каждому значению A соответствует ровно одно значение B
16.Базы данных и SQL
Ответ: B · Оптимистическое управление параллелизмом
Почему это ответ
Оптимистическая блокировка предполагает, что конфликты редки: при записи она проверяет столбец версии и завершается неудачей, если другая транзакция тем временем изменила строку.
Ответ
B · Оптимистическое управление параллелизмом
17.Компьютерные сети
Ответ: C · ICMP
Почему это ответ
Ping отправляет эхо-запросы ICMP (echo request) и измеряет время до возврата эхо-ответов (echo reply).
Ответ
C · ICMP
18.Компьютерные сети
Ответ: B · Сколько неподтверждённых данных может отправить отправитель с учётом буфера получателя
Почему это ответ
Получатель объявляет, сколько свободного места в его буфере; отправитель соответственно ограничивает неподтверждённые данные, предотвращая перегрузку получателя.
Ответ
B · Сколько неподтверждённых данных может отправить отправитель с учётом буфера получателя
19.Подсети IPv4
Ответ: x = 96
IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).
Размер блока
25 = 32
Подсеть номер 4
сеть: (4 − 1)·32 = 96
широковещательный: 96 + 32 − 1 = 127
Ответ
x = 96
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 255
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).