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 −99 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −998 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Несжатое изображение имеет размер 512 × 512 пикселей и 32 бит на пиксель. Сколько памяти M оно занимает, в KiB (1 KiB = 1024 байта)?
512 × 512 px32 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Вы хотите доказать ¬a → ¬c от противного. Какое утверждение вы предполагаете в начале? Нажмите на него.
¬a → ¬c
1¬¬a ∧ ¬c
2¬a ∧ ¬¬c
3¬¬a ∧ ¬¬c
4¬¬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
Упростите F = A′B′C + A′B + BC′ + AB′C′ до минимальной формы «сумма произведений». Сколько литералов, L, содержит упрощённое выражение?
F = A′B′C + A′B + BC′ + AB′C′
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Синхронный счётчик по модулю 12 считает 0, 1, …, 11, а затем возвращается к 0. Он начинает с 1. Какое значение Q (в десятичном виде) он покажет после 33 тактовых импульсов?
Q0 = 133N = 12
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите обратный к 38 по модулю 79: число x, для которого 0 < x < 79 и 38·x ≡ 1 (mod 79).
a = 38n = 79
38−1 mod 79 =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
В ключе RSA p = 31, q = 41 и e = 19. Расшифруйте шифртекст c = 481: найдите сообщение m.
Почему алгоритм Дейкстры может давать неверные результаты, если некоторые веса рёбер отрицательны?
AОтрицательные числа нельзя хранить в очереди с приоритетом
BВершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь
CОн работает только на неориентированных графах
DНа каждом отрицательном ребре он зацикливается
11.Структуры данныхСредняя
В дорожной сети 100 000 перекрёстков, каждый соединён примерно с 4 другими. Какое представление подходит лучше всего?
AСписки смежности
BМатрица смежности
CОдин отсортированный массив вершин
DДвоичная куча рёбер
12.Структуры данныхСложная
Каковы затраты времени и дополнительной памяти на разворот односвязного списка на месте?
AO(n log n) времени и O(1) дополнительной памяти
BO(1) времени и O(1) дополнительной памяти
CO(n) времени и O(n) дополнительной памяти
DO(n) времени и O(1) дополнительной памяти
13.Теория графовСредняя
У дерева 3 вершин степени 3, 3 вершин степени 4, 2 вершин степени 5, а все остальные его вершины — листья (степень 1). Сколько у него листьев, L?
3 × deg 33 × deg 42 × deg 5
L =
14.Теория графовСложная
С помощью алгоритма Дейкстры найдите длину d(F) кратчайшего пути от A до F во взвешенном графе.
начало: Aконец: F
d(F) =
15.Базы данных и SQLСредняя
Что такое триггер базы данных?
AЗапрос, который пользователь запускает вручную
BВид индекса, ускоряющего поиск
CЗапланированное резервное копирование базы данных
DКод, который автоматически выполняется, когда в таблице происходит заданное событие, например INSERT, UPDATE или DELETE
16.Базы данных и SQLСложная
Что возвращает FULL OUTER JOIN?
AДекартово произведение, сопоставляющее каждую строку одной таблицы с каждой строкой другой
BТолько совпадающие строки
CВсе строки из обеих таблиц, сопоставленные, где это возможно, а в остальных случаях дополненные NULL
DТолько несовпадающие строки
17.Компьютерные сетиСредняя
Что указывает запись MX в DNS?
AАдрес IPv4 веб-сервера
BПочтовые серверы, принимающие электронную почту для домена
CСерверы имён для зоны
DПсевдоним другого узла
18.Компьютерные сетиСложная
Почему IPv6 не нуждается в NAT из-за нехватки адресов?
AIPv6 не использует адреса
BЕго 128-битное адресное пространство достаточно велико, чтобы каждое устройство получило глобальный адрес
CIPv6 работает только в локальных сетях, поэтому адреса никогда не нужно делать глобальными
DIPv6 шифрует все адреса
19.Подсети IPv4Средняя
Отделу нужно 1139 адресов узлов в одной подсети. Какова наибольшая длина префикса p (наименьшая подсеть), которой достаточно?
1139 hosts
p =
20.Подсети IPv4Сложная
Сеть 192.168.251.0/24 делится с помощью VLSM для следующих LAN: A: 45 узлов, B: 21 узлов, C: 9 узлов, D: 19 узлов, E: 6 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 C?
A: 45B: 21C: 9D: 19E: 6
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 157
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
99 = 0110 0011
инвертировано: 1001 1100
+1 → 1001 1101
Прочитайте как беззнаковое
1001 1101₂ = 256 − 99 = 157
Ответ
U = 157
2.Системы счисления
Ответ: M = 1024 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
512·512·32 = 8388608 bit = 1048576 B
Переведите в KiB
1048576/1024 = 1024 KiB
Ответ
M = 1024 KiB
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ¬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).
Части импликации
a = ¬a, b = ¬c
Отрицание импликации
¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = ¬a ∧ ¬¬c
Ответ
¬a ∧ ¬¬c
Если предположение приводит к противоречию, импликация должна быть истинной.
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: L = 6
Булева алгебра: правила, упрощающие выражения: X + X′ = 1 и X·X′ = 0, X + X = X, поглощение X + X·Y = X, правило склеивания X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y и теорема о консенсусе XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. Законы де Моргана превращают (X·Y)′ в X′ + Y′ и (X + Y)′ в X′·Y′. Карта Карно применяет эти правила графически: каждая группа из двух соседних клеток — это одно применение XY + XY′ = X.
Минтермы выражения
A′B′C → m(1)
A′B → m(2, 3)
BC′ → m(2, 6)
AB′C′ → m(4)
Сгруппируйте и прочитайте
F = BC′ + A′C + AC′
Посчитайте литералы
L = 6
Ответ
L = 6
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число литералов.
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 10
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.
Полные циклы
Каждые 12 импульсов возвращают счётчик в то же состояние.
33 = 2·12 + 9
Значение после оставшихся импульсов
Q = (1 + 9) mod 12 = 10
Q = 1010₂
Ответ
Q = 10
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 38−1 mod 79 = 52
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·38 (mod 79).
r = 79, t = 0
r = 38, q = 2, t = 1
r = 3, q = 12, t = −2
r = 2, q = 1, t = 25
r = 1, q = 2, t = −27
Обратная матрица
1 ≡ −27·38 (mod 79)
x = 52
проверка: 38·52 = 1976 = 25·79 + 1
Ответ
38−1 mod 79 = 52
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: m = 343
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.
Число вызовов удваивается на каждом уровне, а уровней n, поэтому итого около 2ⁿ, как в задаче о Ханойских башнях.
Ответ
A · O(2ⁿ)
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Вершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь
Почему это ответ
Жадный шаг опирается на неотрицательные веса, чтобы извлечённые расстояния были окончательными; когда веса могут быть отрицательными, применяют Беллмана–Форда.
Ответ
B · Вершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь
11.Структуры данных
Ответ: A · Списки смежности
Почему это ответ
Матрице понадобилось бы 1010 ячеек, почти все пустые; списки смежности хранят лишь около 400 000 записей о рёбрах.
Ответ
A · Списки смежности
12.Структуры данных
Ответ: D · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти
Почему это ответ
Три указателя (предыдущий, текущий, следующий) позволяют развернуть каждую связь за один проход без выделения новых узлов.
Ответ
D · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти
13.Теория графов
Ответ: L = 17
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.
Лемма о рукопожатиях для дерева
L + 31 = 2(L + 8) − 2
L = 17
Ответ
L = 17
Короткий путь: L = 2 + Σ (d − 2) по вершинам степени d ≥ 3.
14.Теория графов
Ответ: d(F) = 28
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: 3, C: 3
B (3): G: 15
C (3): E: 13
E (13): D: 18, F: 28
G (15)
D (18)
F (28)
Кратчайший путь
A → C → E → F
d(F) = 28
Ответ
d(F) = 28
15.Базы данных и SQL
Ответ: D · Код, который автоматически выполняется, когда в таблице происходит заданное событие, например INSERT, UPDATE или DELETE
Почему это ответ
Триггеры выполняются автоматически до или после изменения данных, например чтобы записать журнал аудита или обеспечить сложное правило.
Ответ
D · Код, который автоматически выполняется, когда в таблице происходит заданное событие, например INSERT, UPDATE или DELETE
16.Базы данных и SQL
Ответ: C · Все строки из обеих таблиц, сопоставленные, где это возможно, а в остальных случаях дополненные NULL
Почему это ответ
Полное внешнее соединение сохраняет каждую строку обеих таблиц, сопоставляя совпадения и заполняя недостающую сторону значениями NULL.
Ответ
C · Все строки из обеих таблиц, сопоставленные, где это возможно, а в остальных случаях дополненные NULL
17.Компьютерные сети
Ответ: B · Почтовые серверы, принимающие электронную почту для домена
Почему это ответ
Записи MX (mail exchange) перечисляют почтовые серверы с приоритетами, чтобы отправляющие серверы знали, куда доставлять почту для этого домена.
Ответ
B · Почтовые серверы, принимающие электронную почту для домена
18.Компьютерные сети
Ответ: B · Его 128-битное адресное пространство достаточно велико, чтобы каждое устройство получило глобальный адрес
Почему это ответ
В IPv6 около 3,4 × 10³⁸ адресов, поэтому дефицит, из-за которого в IPv4 появился NAT, исчезает; безопасность по-прежнему обеспечивают межсетевые экраны.
Ответ
B · Его 128-битное адресное пространство достаточно велико, чтобы каждое устройство получило глобальный адрес
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 < 1139
211 − 2 = 2046 ≥ 1139 → h = 11
Длина префикса
p = 32 − 11 = 21
Ответ
p = /21
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 128
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.