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 −44 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −448 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Установите биты в 8-битный результат операции 0100 1011 OR 0111 1111. Чему равно значение результата R в десятичной системе?
0100 1011OR0111 1111
R =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна ¬(p → q)? Нажмите на неё.
¬(p → q)
1¬p ∨ ¬q
2¬p → ¬q
3p → ¬q
4p ∧ ¬q
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Какое утверждение эквивалентно ¬∃x (P(x) → Q(x)), если отрицание перенесено полностью внутрь? Нажмите на него.
¬∃x (P(x) → Q(x))
1∀x (P(x) ∧ ¬Q(x))
2∀x (¬P(x) → ¬Q(x))
3∃x (P(x) ∧ ¬Q(x))
4∀x (P(x) → ¬Q(x))
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, 2, 3, 5, 7). Сколько всего литералов, L, она содержит (переменная со штрихом считается одним литералом)?
F(A, B, C) = Σm(0, 2, 3, 5, 7)
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
4-разрядный сдвиговый регистр Q₃Q₂Q₁Q₀ содержит 0000. 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 0, 0, 1, 1, 0, 1, 0 на 7 фронтах. Укажите итоговое состояние Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ в виде десятичного числа.
Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00000, 0, 1, 1, 0, 1, 0
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите обратный к 39 по модулю 61: число x, для которого 0 < x < 61 и 39·x ≡ 1 (mod 61).
a = 39n = 61
39−1 mod 61 =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
В ключе RSA p = 5, q = 43 и e = 5. Расшифруйте шифртекст c = 12: найдите сообщение m.
p = 5q = 43e = 5c = 12
m =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Что означает, что задача обладает оптимальной подструктурой?
AВсе подзадачи одного размера
BУ задачи ровно одно оптимальное решение, общее для всех подзадач
CЗадачу можно решить за постоянное время
DОптимальное решение можно построить из оптимальных решений её подзадач
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Какая оценка для log(n!) верна?
AΘ(n log n)
BΘ(n²)
CΘ(log n)
DΘ(n)
11.Структуры данныхСредняя
Какую структуру данных использует выполняющаяся программа для отслеживания активных вызовов функций и их локальных переменных?
AОчередь памяти кучи
BДвоичное дерево поиска кадров
CСтек вызовов
DХеш-таблицу функций
12.Структуры данныхСложная
Ключи 5, 3, 8, 1 вставляются в таком порядке в пустую двоичную min-кучу на массиве. Каков итоговый массив?
A[1, 5, 8, 3]
B[1, 3, 8, 5]
C[1, 3, 5, 8]
D[3, 1, 8, 5]
13.Теория графовСредняя
Сколько различных гамильтоновых циклов, H, в полном графе K4? Циклы, отличающиеся только начальной вершиной или направлением, считаются одним и тем же.
K4
H =
14.Теория графовСложная
Найдите суммарный вес W минимального остовного дерева взвешенного графа.
|V| = 7|E| = 11
W =
15.Базы данных и SQLСредняя
Что делает GRANT SELECT ON employees TO alice?
AРазрешает пользователю alice читать таблицу employees
BДелает alice владельцем базы данных
CРазрешает alice изменять и удалять строки в таблице employees
DКопирует таблицу employees пользователю alice
16.Базы данных и SQLСложная
Нормальная форма Бойса–Кодда (BCNF) требует, чтобы для каждой нетривиальной функциональной зависимости X → Y:
AY был атомарным
BX содержал NULL
CY был первичным ключом
DX был суперключом
17.Компьютерные сетиСредняя
Каков адрес сети для узла 192.168.10.77/26?
A192.168.10.76
B192.168.10.128
C192.168.10.64
D192.168.10.0
18.Компьютерные сетиСложная
В каком типе протоколов маршрутизации возникает проблема счёта до бесконечности и что помогает против неё?
Отделу нужно 1104 адресов узлов в одной подсети. Какова наибольшая длина префикса p (наименьшая подсеть), которой достаточно?
1104 hosts
p =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 172.20.200.24/21. Чему равен третий октет x адреса его сети?
172.20.200.24/21
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 212
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
44 = 0010 1100
инвертировано: 1101 0011
+1 → 1101 0100
Прочитайте как беззнаковое
1101 0100₂ = 256 − 44 = 212
Ответ
U = 212
2.Системы счисления
Ответ: R = 127
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
OR даёт 1 там, где хотя бы один бит равен 1.
0100 1011
OR 0111 1111
= 0111 1111
Значение результата
0111 1111₂ = 127
Ответ
R = 127
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: 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) ≡ ¬(¬a ∨ b) ≡ a ∧ ¬b: единственная строка, в которой импликация не выполняется.
¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
Проверка по таблице истинности
p = 1, q = 1: 0 | 0 1 0 0
p = 1, q = 0: 1 | 1 1 1 1
p = 0, q = 1: 0 | 1 0 1 0
p = 0, q = 0: 0 | 1 1 1 0
Ответ
p ∧ ¬q
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ∀x (P(x) ∧ ¬Q(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 (P(x) → Q(x)) ≡ ∀x (P(x) ∧ ¬Q(x))
Ответ
∀x (P(x) ∧ ¬Q(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: L = 6
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′C′
AC
Минимальная форма SOP
F = BC + A′C′ + AC
L = 6
Ответ
L = 6
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 5
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).
Расширенный алгоритм Евклида
Каждый остаток r записывается как r ≡ t·39 (mod 61).
r = 61, t = 0
r = 39, q = 1, t = 1
r = 22, q = 1, t = −1
r = 17, q = 1, t = 2
r = 5, q = 3, t = −3
r = 2, q = 2, t = 11
r = 1, q = 2, t = −25
Обратная матрица
1 ≡ −25·39 (mod 61)
x = 36
проверка: 39·36 = 1404 = 23·61 + 1
Ответ
39−1 mod 61 = 36
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: m = 202
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.
Закрытый показатель
n = 215, φ(n) = 168
d = 5−1 mod 168 = 101
Расшифровка многократным возведением в квадрат
101 = 64 + 32 + 4 + 1
121 ≡ 12 (mod 215)
122 ≡ 144 (mod 215)
124 ≡ 96 (mod 215)
128 ≡ 186 (mod 215)
1216 ≡ 196 (mod 215)
1232 ≡ 146 (mod 215)
1264 ≡ 31 (mod 215)
12101 ≡ 12·96·146·31 ≡ 202 (mod 215)
Сообщение
m = 202
проверка: 2025 mod 215 = 12
Ответ
m = 202
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: D · Оптимальное решение можно построить из оптимальных решений её подзадач
Почему это ответ
Оптимальная подструктура необходима, чтобы и жадные алгоритмы, и динамическое программирование давали правильные ответы.
Ответ
D · Оптимальное решение можно построить из оптимальных решений её подзадач
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · Θ(n log n)
Почему это ответ
log(n!) ≤ n log n, а наибольшие n / 2 множителей дают log(n!) ≥ (n / 2) log(n / 2); поэтому сортировке сравнениями нужно Ω(n log n).
Ответ
A · Θ(n log n)
11.Структуры данных
Ответ: C · Стек вызовов
Почему это ответ
Каждый вызов помещает в стек кадр (push), а каждый возврат его извлекает (pop), поэтому самый последний вызов завершается первым.
Ответ
C · Стек вызовов
12.Структуры данных
Ответ: B · [1, 3, 8, 5]
Почему это ответ
После 5, 3, 8 массив равен [3, 5, 8]; 1 попадает в индекс 3, меняется местами с родителем 5, а затем с 3, что даёт [1, 3, 8, 5].
Ответ
B · [1, 3, 8, 5]
13.Теория графов
Ответ: H = 3
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.
Посчитайте
H = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3
Ответ
H = 3
14.Теория графов
Ответ: W = 30
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 Краскала
GE (1): берём
AC (3): берём
AB (4): берём
GD (6): берём
CE (7): берём
BD (8): пропускаем, замыкает цикл
DF (9): берём
Суммарный вес
W = 1 + 3 + 4 + 6 + 7 + 9 = 30
Ответ
W = 30
15.Базы данных и SQL
Ответ: A · Разрешает пользователю alice читать таблицу employees
Почему это ответ
GRANT предоставляет привилегию на объект; SELECT разрешает только чтение, а INSERT, UPDATE и DELETE — отдельные привилегии.
Ответ
A · Разрешает пользователю alice читать таблицу employees
16.Базы данных и SQL
Ответ: D · X был суперключом
Почему это ответ
BCNF требует, чтобы каждый детерминант был потенциальным ключом (суперключом); 3NF допускает исключение, когда Y является частью потенциального ключа.
Ответ
D · X был суперключом
17.Компьютерные сети
Ответ: C · 192.168.10.64
Почему это ответ
Подсети /26 начинаются с 0, 64, 128 и 192. 77 лежит в блоке 64–127, поэтому адрес сети — 192.168.10.64.
Ответ
C · 192.168.10.64
18.Компьютерные сети
Ответ: A · 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
A · Вектора расстояний; расщепление горизонта (split horizon) и отравление обратного маршрута (poison reverse)
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 < 1104
211 − 2 = 2046 ≥ 1104 → h = 11
Длина префикса
p = 32 − 11 = 21
Ответ
p = /21
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 200
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).