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 −97 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −978 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Установите биты в 8-битный результат операции 0111 0101 XOR 1110 1101. Чему равно значение результата R в десятичной системе?
0111 0101XOR1110 1101
R =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна r ∧ (q ∨ p)? Нажмите на неё.
r ∧ (q ∨ p)
1(r ∧ q) ∨ p
2(r ∧ q) ∨ (r ∧ p)
3(r ∨ q) ∧ (r ∨ p)
4r ∨ (q ∧ p)
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Даны посылки q ∨ r; q → p; r → p. Какой вывод из них следует? Нажмите на него.
q ∨ rq → pr → p
1p
2q
3q ∧ r
4¬p
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(2, 3, 5, 11, 14). Сколько членов-сумм (множителей), N, в ней?
F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 5, 11, 14)
N =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Для F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 8, 13) + d(1, 4, 11), где d обозначает безразличные состояния, найдите число N существенных простых импликант.
F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 8, 13) + d(1, 4, 11)
N =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите обратный к 31 по модулю 57: число x, для которого 0 < x < 57 и 31·x ≡ 1 (mod 57).
a = 31n = 57
31−1 mod 57 =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
Зашифруйте сообщение m = 116 открытым ключом RSA (n, e) = (713, 7). Найдите шифртекст c.
n = 713e = 7m = 116
c =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Какова временна́я сложность стандартного алгоритма динамического программирования для наибольшей общей подпоследовательности строк длиной m и n?
AO(m + n)
BO(mn)
CO(2m+n)
DO(mn log n)
10.Алгоритмы и сложностьСложная
В чём разница между неразрешимой и трудноразрешимой задачей?
AТрудноразрешимые задачи нельзя решить никаким алгоритмом, а неразрешимым нужно лишь экспоненциальное время
BОба термина означают, что у задачи вообще нет алгоритма
CНеразрешимые задачи лежат в NP, а трудноразрешимые — в P
DУ неразрешимой задачи нет алгоритма для всех входов; у трудноразрешимой он есть, но слишком медленный
11.Структуры данныхСредняя
Как в кольцевой очереди, хранящейся в массиве ёмкостью n, вычисляется следующая позиция после индекса i?
Ai + 1
B(i + 1) mod n
C2i + 1
D(i − 1) mod n
12.Структуры данныхСложная
Каково время работы поиска в ширину на графе с V вершинами, хранящемся в виде матрицы смежности?
AO(V + E)
BO(E log V)
CO(V²)
DO(V)
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 3; сама A фиксируется на шаге 1.
начало: Aшаг 3
1A
2B
3C
4D
5E
6F
15.Базы данных и SQLСредняя
В таблице есть строки, где col равен NULL. Какие строки возвращает WHERE col = NULL?
AТолько строки, где col равен NULL, как при IS NULL
BВсе строки таблицы
CОшибку в любой базе данных
DНикаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
16.Базы данных и SQLСложная
Два дежурных врача каждый проверяют, что другой ещё на дежурстве, а затем оба одновременно снимаются с дежурства. Какую аномалию здесь всё ещё допускает изоляция снимков (snapshot isolation)?
AАсимметрию записи (write skew)
BГрязную запись
CГрязное чтение
DНеповторяемое чтение в пределах одной транзакции
17.Компьютерные сетиСредняя
Для чего используется циклический избыточный код (CRC) в кадрах Ethernet?
AДля обнаружения ошибок передачи
BДля выбора лучшего маршрута
CДля автоматического исправления каждой битовой ошибки
DДля шифрования кадра
18.Компьютерные сетиСложная
После повторных коллизий станции классического Ethernet выбирают время ожидания из диапазона, который каждый раз удваивается. Почему?
AЧтобы кабель передавал сигналы дальше
BЧтобы дать приоритет станции с наибольшим MAC-адресом на общем кабеле
CЧтобы снизить вероятность новой коллизии, когда за среду конкурирует много станций
DЧтобы синхронизировать все станции по одним часам
19.Подсети IPv4Средняя
Сеть 192.168.183.0/24 разделена на подсети /28, пронумерованные 1, 2, 3, … начиная с младшего адреса (подсеть 1 начинается с .0). Чему равен четвёртый октет x широковещательного адреса подсети 5?
192.168.183.0/24/28подсеть 5 (подсеть 1 начинается с .0)
x =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.79.116/28. Каков четвёртый октет x его адреса сети?
10.20.79.116/28
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 159
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
97 = 0110 0001
инвертировано: 1001 1110
+1 → 1001 1111
Прочитайте как беззнаковое
1001 1111₂ = 256 − 97 = 159
Ответ
U = 159
2.Системы счисления
Ответ: R = 152
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
XOR даёт 1 там, где два бита различаются.
0111 0101
XOR 1110 1101
= 1001 1000
Значение результата
1001 1000₂ = 152
Ответ
R = 152
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: (r ∧ q) ∨ (r ∧ p)
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 ∧ (q ∨ p) ≡ (r ∧ q) ∨ (r ∧ p)
Проверка по таблице истинности
p = 1, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 1, r = 0: 0 | 1 0 1 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 1, q = 0, r = 0: 0 | 1 0 0 0
p = 0, q = 1, r = 1: 1 | 1 1 1 1
p = 0, q = 1, r = 0: 0 | 0 0 0 0
p = 0, q = 0, r = 1: 0 | 0 0 1 1
p = 0, q = 0, r = 0: 0 | 0 0 0 0
Ответ
(r ∧ q) ∨ (r ∧ p)
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: p
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.
Строки, в которых все посылки истинны
p = 1, q = 1, r = 1: p = 1, q = 1, q ∧ r = 1, ¬p = 0
p = 1, q = 1, r = 0: p = 1, q = 1, q ∧ r = 0, ¬p = 0
p = 1, q = 0, r = 1: p = 1, q = 0, q ∧ r = 0, ¬p = 0
Вывод
p (разбор случаев)
Ответ
p
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: N = 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.
Сгруппируйте нули
Каждая группа — прямоугольник из 2ᵏ клеток; клетки на краю соседствуют с клетками на противоположном краю.
(B + C)
(B′ + C′ + D′)
(A′ + C)
(A + B′ + D)
(A′ + B + D)
Минимальная форма POS
F = (B + C)(B′ + C′ + D′)(A′ + C)(A + B′ + D)(A′ + B + D)
N = 5
Ответ
N = 5
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
6.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.
Простые импликанты
Самые большие группы, которые можно образовать из единиц и X.
B′CD, A′B′D, A′B′C, AB′C′D′, ABC′D
Существенные простые импликанты
A′B′C, AB′C′D′, ABC′D
N = 3
Ответ
N = 3
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 31−1 mod 57 = 46
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·31 (mod 57).
r = 57, t = 0
r = 31, q = 1, t = 1
r = 26, q = 1, t = −1
r = 5, q = 5, t = 2
r = 1, q = 5, t = −11
Обратная матрица
1 ≡ −11·31 (mod 57)
x = 46
проверка: 31·46 = 1426 = 25·57 + 1
Ответ
31−1 mod 57 = 46
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: c = 277
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
1161 ≡ 116 (mod 713)
1162 ≡ 622 (mod 713)
1164 ≡ 438 (mod 713)
1167 ≡ 116·622·438 ≡ 277 (mod 713)
Шифртекст
c = 277
Ответ
c = 277
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · O(mn)
Почему это ответ
В таблице (m + 1)(n + 1) ячеек, и каждая вычисляется за O(1) из соседних.
Ответ
B · O(mn)
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: D · У неразрешимой задачи нет алгоритма для всех входов; у трудноразрешимой он есть, но слишком медленный
Почему это ответ
У проблемы остановки вообще нет алгоритма; NP-трудную задачу, например TSP, можно решить перебором, только не за известное полиномиальное время.
Ответ
D · У неразрешимой задачи нет алгоритма для всех входов; у трудноразрешимой он есть, но слишком медленный
11.Структуры данных
Ответ: B · (i + 1) mod n
Почему это ответ
Операция взятия по модулю переводит индекс n − 1 обратно в 0, поэтому массив используется повторно без сдвига элементов.
Ответ
B · (i + 1) mod n
12.Структуры данных
Ответ: C · O(V²)
Почему это ответ
Каждая из V вершин просматривает строку из V элементов, что даёт O(V²); со списками смежности BFS работает за O(V + E).
Ответ
C · O(V²)
13.Теория графов
Ответ: Эйлеров путь, не цикл
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.
Эйлеров путь начинается в одной нечётной вершине и заканчивается в другой.
14.Теория графов
Ответ: C
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: 7
2. B (6): D: 9, E: 15
3. C (7): E: 14
4. D (9)
5. E (14): F: 20
6. F (20)
шаг 3
C
Ответ
C
15.Базы данных и SQL
Ответ: D · Никаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
Почему это ответ
Любое сравнение с NULL через = даёт UNKNOWN, а WHERE оставляет только строки с TRUE; вместо этого используйте col IS NULL.
Ответ
D · Никаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
16.Базы данных и SQL
Ответ: A · Асимметрию записи (write skew)
Почему это ответ
При изоляции снимков обе транзакции видят старое состояние и меняют разные строки, поэтому конфликт записи не обнаруживается; сериализуемая изоляция предотвращает это.
Ответ
A · Асимметрию записи (write skew)
17.Компьютерные сети
Ответ: A · Для обнаружения ошибок передачи
Почему это ответ
Отправитель вычисляет CRC по кадру; получатель пересчитывает его и отбрасывает кадр при несовпадении. CRC обнаруживает ошибки, но не исправляет их.
Ответ
A · Для обнаружения ошибок передачи
18.Компьютерные сети
Ответ: C · Чтобы снизить вероятность новой коллизии, когда за среду конкурирует много станций
Почему это ответ
Каждая следующая коллизия говорит о более сильной конкуренции, поэтому диапазон случайных значений растёт и станции с большей вероятностью выбирают разные слоты. Так механизм адаптируется к нагрузке без централизованного управления.
Ответ
C · Чтобы снизить вероятность новой коллизии, когда за среду конкурирует много станций
19.Подсети IPv4
Ответ: x = 79
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
24 = 16
Подсеть номер 5
сеть: (5 − 1)·16 = 64
широковещательный: 64 + 16 − 1 = 79
Ответ
x = 79
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 112
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).