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
Установите биты так, чтобы они хранили −20 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −208 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Установите биты в 8-битный результат операции 1101 0110 >> 1. Чему равно значение результата R в десятичной системе?
1101 0110>> 1
R =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Является ли (b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c) тавтологией, противоречием или нейтральной формулой? Нажмите на ваш ответ.
(b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c)
1тавтология
2противоречие
3нейтральная формула
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Рассуждение с посылками b → a; a и выводом b неправильно. Нажмите на строку таблицы истинности, которая является контрпримером.
b → aa∴ b
1a = 1, b = 1
2a = 1, b = 0
3a = 0, b = 1
4a = 0, b = 0
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
С помощью карты Карно найдите минимальную форму «сумма произведений» (SOP) для F(A, B, C) = Σm(0, 1, 3, 6, 7). Сколько членов-произведений, N, в ней?
F(A, B, C) = Σm(0, 1, 3, 6, 7)
N =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
4-разрядный счётчик Джонсона Q₃Q₂Q₁Q₀ начинает с 0000. По каждому фронту тактового сигнала биты сдвигаются на одну позицию вправо (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀), а Q₃ получает инверсию Q₀. Укажите состояние Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ в виде десятичного числа после 11 фронтов тактового сигнала.
Q₃Q₂Q₁Q₀ = 000011
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Решите 71x ≡ 4 (mod 73). Укажите решение x, для которого 0 < x < 73.
Какова временна́я сложность вычисления n-го числа Фибоначчи с помощью восходящей таблицы?
AO(n²)
BO(n)
CO(2ⁿ)
DO(log n)
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Какое утверждение о выборе k-го наименьшего элемента неотсортированного массива верно?
AВыбор возможен только за O(n²)
BQuickselect работает в среднем за O(n), а метод медианы медиан гарантирует O(n) в худшем случае
CВыбор всегда требует Ω(n log n), потому что нужна сортировка
DQuickselect работает за O(log n) в худшем случае, потому что рекурсия идёт только в одну сторону от опорного элемента
11.Структуры данныхСредняя
Хеш-таблица размера 7 использует h(k) = k mod 7 и линейное пробирование. Где окажется 17 после вставки 10?
AВ индексе 0
BВ индексе 4
CВ индексе 3
DВ индексе 6
12.Структуры данныхСложная
Дерево отрезков (segment tree) обычно используют для:
AСортировки строк по алфавиту путём хранения каждого префикса в отдельном узле дерева
BРеализации стека
CХранения рёбер графа
DОтветов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log 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| = 5|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 4; сама A фиксируется на шаге 1.
начало: Aшаг 4
1A
2B
3C
4D
5E
6F
15.Базы данных и SQLСредняя
Что такое SQL-инъекция (SQL injection)?
AСпособ добавления индексов
BАтака, при которой пользовательский ввод изменяет структуру SQL-запроса
CМетод резервного копирования базы данных
DПриём для быстрой вставки многих строк одним оператором INSERT
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{A, C}
D{B, D}
17.Компьютерные сетиСредняя
У маршрутизатора есть маршруты к 10.0.0.0/8 и 10.1.0.0/16. Какой маршрут он использует для пакета к 10.1.5.5?
A10.0.0.0/8, поскольку он охватывает больше адресов, чем /16
BОба маршрута, поровну деля трафик
C10.1.0.0/16, поскольку это самый длинный совпадающий префикс
D10.0.0.0/8, поскольку он был добавлен первым
18.Компьютерные сетиСложная
Приложение удалённого терминала работает вяло, потому что маленькие пакеты с нажатиями клавиш задерживаются. Какой механизм TCP часто за это отвечает?
AБыстрая повторная передача
BАлгоритм Нейгла
CТрёхэтапное рукопожатие
DМедленный старт
19.Подсети IPv4Средняя
Сеть 192.168.10.0/24 нужно разделить как минимум на 20 одинаковых подсетей. Если занять как можно меньше битов, сколько используемых узлов H будет в каждой подсети?
192.168.10.0/2420 subnets
H =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.21.179/27. Каково последнее число (четвёртый октет) x широковещательного адреса его подсети?
10.20.21.179/27
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 236
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.
Инвертируйте и прибавьте единицу
20 = 0001 0100
инвертировано: 1110 1011
+1 → 1110 1100
Прочитайте как беззнаковое
1110 1100₂ = 256 − 20 = 236
Ответ
U = 236
2.Системы счисления
Ответ: R = 107
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
Сдвиг вправо на 1 перемещает каждый бит на 1 позиций вправо; биты, выходящие за правый край, теряются, а слева входят нули.
1101 0110 >> 1
= 0110 1011
Значение результата
0110 1011₂ = 107
Ответ
R = 107
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: противоречие
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).
Таблица истинности по строкам
b = 1, c = 1: b ∨ c = 1, ¬b = 0, ¬c = 0, ¬b ∧ ¬c = 0, (b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c) = 0
b = 1, c = 0: b ∨ c = 1, ¬b = 0, ¬c = 1, ¬b ∧ ¬c = 0, (b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c) = 0
b = 0, c = 1: b ∨ c = 1, ¬b = 1, ¬c = 0, ¬b ∧ ¬c = 0, (b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c) = 0
b = 0, c = 0: b ∨ c = 0, ¬b = 1, ¬c = 1, ¬b ∧ ¬c = 1, (b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c) = 0
Классификация
(b ∨ c) ∧ (¬b ∧ ¬c): 0, 0, 0, 0
0 в каждой строке: противоречие.
Ответ
противоречие
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: a = 1, b = 0
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.
Посылки и вывод по строкам
a = 1, b = 1: 1 1 | 1
a = 1, b = 0: 1 1 | 0
a = 0, b = 1: 0 0 | 1
a = 0, b = 0: 1 0 | 0
Контрпример
a = 1, b = 0
Ответ
a = 1, b = 0
Рассуждение такой формы выглядит как правильное правило, но одной строки достаточно, чтобы показать, что это не так.
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 единицы
Каждая группа — прямоугольник из 2ᵏ клеток; клетки на краю соседствуют с клетками на противоположном краю.
BC
A′B′
AB
Минимальная форма SOP
F = BC + A′B′ + AB
N = 3
Ответ
N = 3
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 14
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.
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 71
r = 73, t = 0
r = 71, q = 1, t = 1
r = 2, q = 35, t = −1
r = 1, q = 2, t = 36
71−1 ≡ 36 (mod 73)
Решите
x ≡ 36·4 = 144 ≡ 71 (mod 73)
проверка: 71·71 = 5041 ≡ 4 (mod 73)
Ответ
x = 71
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 2
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).
Заполнение таблицы от 0 до n требует одного сложения на элемент, поэтому работа линейна, а не экспоненциальна.
Ответ
B · O(n)
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Quickselect работает в среднем за O(n), а метод медианы медиан гарантирует O(n) в худшем случае
Почему это ответ
Ожидаемая работа quickselect со случайными опорными элементами n + n/2 + n/4 + ... = O(n); выбор опорного элемента как медианы медиан делает худший случай линейным.
Ответ
B · Quickselect работает в среднем за O(n), а метод медианы медиан гарантирует O(n) в худшем случае
11.Структуры данных
Ответ: B · В индексе 4
Почему это ответ
10 mod 7 = 3 и 17 mod 7 = 3; индекс 3 занят, поэтому линейное пробирование пробует следующую ячейку — индекс 4.
Ответ
B · В индексе 4
12.Структуры данных
Ответ: D · Ответов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log n)
Почему это ответ
Дерево отрезков хранит агрегаты для отрезков, поддерживая запросы на диапазонах и точечные обновления за время O(log n).
Ответ
D · Ответов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log n)
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: 15, C: 9
2. C (9): E: 20
3. B (15): D: 21, E: 16
4. E (16): F: 27
5. D (21)
6. F (27)
шаг 4
E
Ответ
E
15.Базы данных и SQL
Ответ: B · Атака, при которой пользовательский ввод изменяет структуру SQL-запроса
Почему это ответ
Когда пользовательский ввод конкатенируется в SQL, злоумышленники могут внедрить команды. Подготовленные выражения (prepared statements) с параметрами отделяют данные от кода.
Ответ
B · Атака, при которой пользовательский ввод изменяет структуру SQL-запроса
16.Базы данных и SQL
Ответ: C · {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
C · {A, C}
17.Компьютерные сети
Ответ: C · 10.1.0.0/16, поскольку это самый длинный совпадающий префикс
Почему это ответ
IP-пересылка использует совпадение по самому длинному префиксу: среди всех маршрутов, подходящих для адреса назначения, выбирается маршрут с самой длинной маской.
Ответ
C · 10.1.0.0/16, поскольку это самый длинный совпадающий префикс
18.Компьютерные сети
Ответ: B · Алгоритм Нейгла
Почему это ответ
Алгоритм Нейгла выжидает, чтобы объединить мелкие сегменты, пока предыдущие данные не подтверждены. Это экономит пропускную способность, но добавляет задержку для интерактивного трафика.
Ответ
B · Алгоритм Нейгла
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 ≥ 20 → b = 5, /29
Узлы в подсети
23 − 2 = 6
Ответ
H = 6
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 191
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).