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 1100 0101 хранит целое число со знаком в дополнительном коде. Каково его значение N в десятичной системе?
1100 01018 bit
N =
2.Системы счисленияСложная
Установите биты в 8-битный результат операции 0100 1100 << 3. Чему равно значение результата R в десятичной системе?
0100 1100<< 3
R =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна q ↔ p? Нажмите на неё.
q ↔ p
1q ∧ p
2(q → p) ∧ (¬p → ¬q)
3(q → p) ∧ (p → q)
4(q → p) ∨ (p → q)
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Какое утверждение эквивалентно ¬∃x (A(x) ∧ B(x)), если отрицание перенесено полностью внутрь? Нажмите на него.
¬∃x (A(x) ∧ B(x))
1∃x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
2∃x (A(x) → ¬B(x))
3∀x (A(x) → ¬B(x))
4∀x (¬A(x) ∧ ¬B(x))
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
На этой карте Карно ровно у одной единицы нет соседней единицы, поэтому в минимальной форме SOP она остаётся группой из одной клетки (полным минтермом из четырёх литералов). Соседи через края карты учитываются. Нажмите на эту клетку.
F = Σm(1, 3, 9, 11, 12)
1AB = 00, CD = 00
2AB = 00, CD = 01
3AB = 00, CD = 11
4AB = 00, CD = 10
5AB = 01, CD = 00
6AB = 01, CD = 01
7AB = 01, CD = 11
8AB = 01, CD = 10
9AB = 11, CD = 00
10AB = 11, CD = 01
11AB = 11, CD = 11
12AB = 11, CD = 10
13AB = 10, CD = 00
14AB = 10, CD = 01
15AB = 10, CD = 11
16AB = 10, CD = 10
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Найдите минимальную форму SOP для F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 4, 6, 9, 13, 14, 15) + d(5, 7), где d обозначает безразличные состояния. Сколько литералов, L, она содержит?
Какой алгоритм находит минимальное остовное дерево, многократно добавляя самое дешёвое ребро, не образующее цикла?
AАлгоритм Прима, начинающий с одной вершины
BАлгоритм Дейкстры
CАлгоритм Флойда–Уоршелла
DАлгоритм Краскала
11.Структуры данныхСредняя
В дорожной сети 100 000 перекрёстков, каждый соединён примерно с 4 другими. Какое представление подходит лучше всего?
AМатрица смежности
BОдин отсортированный массив вершин
CДвоичная куча рёбер
DСписки смежности
12.Структуры данныхСложная
Как определить, есть ли цикл в односвязном списке, используя O(1) дополнительной памяти?
AОтсортировать список и искать повторы
BДвигать один указатель на один шаг, а другой на два и проверять, встретятся ли они
CСчитать узлы, пока счёт не превысит поле длины списка
DХранить каждый посещённый узел в хеш-множестве
13.Теория графовСредняя
Связный граф имеет 7 вершин и 18 рёбер. Сколько рёбер, k, нужно удалить, чтобы осталось остовное дерево?
|V| = 7|E| = 18
k =
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 означает буква «A» в аббревиатуре ACID?
AАгрегация (Aggregation)
BТочность (Accuracy)
CАтомарность (Atomicity)
DДоступность (Availability)
16.Базы данных и SQLСложная
Даны функциональные зависимости A → B, B → C и C → D на R(A, B, C, D). Каково замыкание A+?
A{A, B, C, D}
B{A, B, C}
C{A, B}
D{A}
17.Компьютерные сетиСредняя
Какая маска подсети соответствует /20?
A255.255.224.0
B255.255.255.240
C255.255.248.0
D255.255.240.0
18.Компьютерные сетиСложная
Злоумышленник в LAN отправляет поддельные ответы ARP, выдавая себя за владельца IP-адреса шлюза. Каков вероятный результат?
AЖертвы отправляют трафик, предназначенный шлюзу, злоумышленнику, что делает возможной атаку «человек посередине»
BIP-адрес шлюза навсегда меняется на адрес злоумышленника на каждом маршрутизаторе
CКоммутатор отключает все свои порты
DВсе запросы DNS во всём интернете перестают выполняться
19.Подсети IPv4Средняя
Подсеть использует маску 255.255.255.252. Сколько в ней пригодных адресов узлов H?
255.255.255.252
H =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 172.20.34.120/22. Чему равен третий октет x адреса его сети?
172.20.34.120/22
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: N = −59
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 + 64 + 4 + 1 = −59
Ответ
N = −59
2.Системы счисления
Ответ: R = 96
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 влево на 3 перемещает каждый бит на 3 позиций влево; биты, выходящие за левый край, теряются, а справа входят нули.
0100 1100 << 3
= 0110 0000
Значение результата
0110 0000₂ = 96
Ответ
R = 96
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: (q → p) ∧ (p → 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
a ↔ b означает, что импликация выполняется в обе стороны: (a → b) ∧ (b → a).
q ↔ p ≡ (q → p) ∧ (p → q)
Проверка по таблице истинности
p = 1, q = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 0: 0 | 0 1 0 1
p = 0, q = 1: 0 | 0 0 0 1
p = 0, q = 0: 1 | 0 1 1 1
Ответ
(q → p) ∧ (p → q)
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ∀x (A(x) → ¬B(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) ∧ B(x)) ≡ ∀x (A(x) → ¬B(x))
Ответ
∀x (A(x) → ¬B(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: AB = 11, CD = 00
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.
Соседи каждой единицы
Единица с соседней единицей может войти в группу из двух или более.
m12: m13, m14, m8, m4 → 0
Изолированная единица
m12 = ABC′D′ → AB = 11, CD = 00
Ответ
AB = 11, CD = 00
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: L = 5
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.
C′D, BD, BC, A′
Минимальное покрытие
F = C′D + BC + A′
L = 5
Ответ
L = 5
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 44−1 mod 67 = 32
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·44 (mod 67).
r = 67, t = 0
r = 44, q = 1, t = 1
r = 23, q = 1, t = −1
r = 21, q = 1, t = 2
r = 2, q = 10, t = −3
r = 1, q = 2, t = 32
Обратная матрица
1 ≡ 32·44 (mod 67)
x = 32
проверка: 44·32 = 1408 = 21·67 + 1
Ответ
44−1 mod 67 = 32
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: c = 214
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
7 = 4 + 2 + 1
3791 ≡ 379 (mod 527)
3792 ≡ 297 (mod 527)
3794 ≡ 200 (mod 527)
3797 ≡ 379·297·200 ≡ 214 (mod 527)
Шифртекст
c = 214
Ответ
c = 214
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · Экспоненциальной
Почему это ответ
Дерево вызовов растёт примерно как φⁿ (около 1,618ⁿ). Мемоизация снижает сложность до O(n).
Ответ
C · Экспоненциальной
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: D · Алгоритм Краскала
Почему это ответ
Алгоритм Краскала сортирует рёбра по весу и добавляет их, если они соединяют разные компоненты; алгоритм Прима наращивает одно дерево от начальной вершины.
Ответ
D · Алгоритм Краскала
11.Структуры данных
Ответ: D · Списки смежности
Почему это ответ
Матрице понадобилось бы 1010 ячеек, почти все пустые; списки смежности хранят лишь около 400 000 записей о рёбрах.
Ответ
D · Списки смежности
12.Структуры данных
Ответ: B · Двигать один указатель на один шаг, а другой на два и проверять, встретятся ли они
Почему это ответ
В алгоритме Флойда при наличии цикла быстрый указатель в итоге догоняет медленный; иначе быстрый указатель доходит до null.
Ответ
B · Двигать один указатель на один шаг, а другой на два и проверять, встретятся ли они
13.Теория графов
Ответ: k = 12
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.
Рёбра остовного дерева
7 − 1 = 6
Рёбра для удаления
k = 18 − 6 = 12
Ответ
k = 12
14.Теория графов
Ответ: F
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): C: 9
2. C (9): B: 16, E: 14
3. E (14): D: 26, F: 15
4. F (15): D: 20
5. B (16)
6. D (20)
шаг 4
F
Ответ
F
15.Базы данных и SQL
Ответ: C · Атомарность (Atomicity)
Почему это ответ
ACID: атомарность, согласованность, изолированность, долговечность (atomicity, consistency, isolation, durability). Атомарность означает, что транзакция выполняется полностью или не выполняется вовсе.
Ответ
C · Атомарность (Atomicity)
16.Базы данных и SQL
Ответ: A · {A, B, C, D}
Почему это ответ
Начните с A, добавьте B (A → B), затем C (B → C), затем D (C → D); поскольку A+ содержит все атрибуты, A — ключ.
Ответ
A · {A, B, C, D}
17.Компьютерные сети
Ответ: D · 255.255.240.0
Почему это ответ
/20 означает 8 + 8 + 4 единичных бита. Четыре единичных бита в третьем октете — это 11110000 = 240, поэтому маска равна 255.255.240.0.
Ответ
D · 255.255.240.0
18.Компьютерные сети
Ответ: A · Жертвы отправляют трафик, предназначенный шлюзу, злоумышленнику, что делает возможной атаку «человек посередине»
Почему это ответ
ARP-спуфинг отравляет ARP-кэши узлов, подставляя MAC-адрес злоумышленника для IP-адреса шлюза. Злоумышленник может затем читать, изменять или отбрасывать трафик; предотвратить это помогает динамическая инспекция ARP (dynamic ARP inspection).
Ответ
A · Жертвы отправляют трафик, предназначенный шлюзу, злоумышленнику, что делает возможной атаку «человек посередине»
19.Подсети IPv4
Ответ: H = 2
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).
Длина префикса
255.255.255.252 = /30
Используемые узлы
22 − 2 = 2
Ответ
H = 2
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 32
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).