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 −40 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −408 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Система должна присвоить каждому из 3304 элементов собственный двоичный код одинаковой длины. Какое наименьшее число битов b нужно?
3304
b = bit
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Является ли (r → q) ↔ (q → r) тавтологией, противоречием или нейтральной формулой? Нажмите на ваш ответ.
(r → q) ↔ (q → r)
1тавтология
2противоречие
3нейтральная формула
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Рассуждение с посылками r ∨ p; r и выводом ¬p неправильно. Нажмите на строку таблицы истинности, которая является контрпримером.
r ∨ pr∴ ¬p
1p = 1, r = 1
2p = 1, r = 0
3p = 0, r = 1
4p = 0, r = 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, 2, 7). Сколько всего литералов, L, она содержит (переменная со штрихом считается одним литералом)?
F(A, B, C) = Σm(0, 2, 7)
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Синхронный счётчик по модулю 9 считает 0, 1, …, 8, а затем возвращается к 0. Он начинает с 4. Какое значение Q (в десятичном виде) он покажет после 12 тактовых импульсов?
Q0 = 412N = 9
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите функцию Эйлера φ(121), число целых чисел от 1 до 121, взаимно простых с 121.
n = 121 = 112
φ(121) =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
13 — простое число. Используйте малую теорему Ферма, чтобы найти 2981875 mod 13.
p = 13k = 81875
2981875 mod 13 =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Почему многие библиотечные процедуры сортировки переходят на сортировку вставками для очень маленьких подмассивов?
AСортировка вставками использует меньше памяти, чем любой другой алгоритм сортировки, на больших входах
BРекурсивные алгоритмы не справляются с массивами меньше 10 элементов
CУ сортировки вставками малые накладные расходы, и она быстра на маленьких или почти отсортированных входах
DСортировка вставками имеет сложность O(n log n) в худшем случае
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Почему бинарный поиск не даёт времени O(log n) на односвязном списке?
AСвязные списки нельзя сортировать
BБинарному поиску нужно как минимум вдвое больше памяти
CСравнения узлов связного списка медленнее
DЧтобы добраться до среднего элемента, нужно O(n) шагов, поскольку нет прямого доступа по индексу
11.Структуры данныхСредняя
Сколько времени занимает проверка существования ребра (u, v) с помощью матрицы смежности?
AO(1)
BO(V)
CO(log V)
DO(E)
12.Структуры данныхСложная
Какую гарантию дают правила красно-чёрного дерева относительно высоты дерева с n ключами?
AВысота не превышает log2 n + 1
BВысота не превышает n / 2
CВысота не превышает 2 log2(n + 1)
DВысота равна ровно log2 n
13.Теория графовСредняя
У дерева 3 вершин степени 3, 3 вершин степени 4, 2 вершин степени 5, 2 вершин степени 2, а все остальные его вершины — листья (степень 1). Сколько у него листьев, L?
3 × deg 33 × deg 42 × deg 52 × deg 2
L =
14.Теория графовСложная
Алгоритм Краскала строит минимальное остовное дерево. Нажмите на ребро, которое он добавляет под номером 4; пропущенные рёбра не считаются.
k = 4
1ребро AB
2ребро BC
3ребро BD
4ребро DE
5ребро DF
6ребро EF
7ребро GB
8ребро GC
9ребро GD
10ребро GE
15.Базы данных и SQLСредняя
Что такое SQL-инъекция (SQL injection)?
AМетод резервного копирования базы данных
BАтака, при которой пользовательский ввод изменяет структуру SQL-запроса
CПриём для быстрой вставки многих строк одним оператором INSERT
DСпособ добавления индексов
16.Базы данных и SQLСложная
Запрос FROM customers c LEFT JOIN orders o ON o.customer_id = c.id WHERE o.status = 'paid' неожиданно теряет клиентов без заказов. Почему?
ALEFT JOIN никогда не сохраняет строки без совпадений
BВ соединении нужно использовать USING вместо ON
Cstatus — зарезервированное слово
DУсловие WHERE на o отбрасывает строки, заполненные NULL, превращая соединение во внутреннее
17.Компьютерные сетиСредняя
Что делает ARP?
AНаходит MAC-адрес, соответствующий IP-адресу в локальной сети
BРазрешает доменные имена
CАвтоматически назначает IP-адреса узлам при их подключении к локальной сети
DМаршрутизирует пакеты в интернете
18.Компьютерные сетиСложная
Станции A и C обе связаны с точкой доступа B, но не слышат друг друга, поэтому их кадры сталкиваются в B. Как помогает 802,11?
AНеобязательным обменом RTS/CTS: CTS от точки доступа велит всем ближайшим станциям ждать
BЗаставляя A и C использовать обнаружение коллизий, чтобы они прекращали передачу при наложении кадров
CУвеличивая TTL кадров
DМаршрутизируя кадры A через C
19.Подсети IPv4Средняя
Подсеть использует маску 255.255.255.224. Сколько в ней пригодных адресов узлов H?
255.255.255.224
H =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.15.248/27. Каков четвёртый октет x его адреса сети?
10.20.15.248/27
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 216
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
40 = 0010 1000
инвертировано: 1101 0111
+1 → 1101 1000
Прочитайте как беззнаковое
1101 1000₂ = 256 − 40 = 216
Ответ
U = 216
2.Системы счисления
Ответ: b = 12 bit
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.
Степени двойки
211 = 2048 < 3304
212 = 4096 ≥ 3304
Ответ
b = 12
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: нейтральная формула
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
q = 1, r = 1: r → q = 1, q → r = 1, (r → q) ↔ (q → r) = 1
q = 1, r = 0: r → q = 1, q → r = 0, (r → q) ↔ (q → r) = 0
q = 0, r = 1: r → q = 0, q → r = 1, (r → q) ↔ (q → r) = 0
q = 0, r = 0: r → q = 1, q → r = 1, (r → q) ↔ (q → r) = 1
Классификация
(r → q) ↔ (q → r): 1, 0, 0, 1
1 в 2 из 4 строк, 0 в остальных: нейтральная формула.
Ответ
нейтральная формула
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: p = 1, r = 1
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
p = 1, r = 1: 1 1 | 0
p = 1, r = 0: 1 0 | 0
p = 0, r = 1: 1 1 | 1
p = 0, r = 0: 0 0 | 1
Контрпример
p = 1, r = 1
Ответ
p = 1, r = 1
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: 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.
Сгруппируйте единицы
Каждая группа — прямоугольник из 2ᵏ клеток; клетки на краю соседствуют с клетками на противоположном краю.
A′C′
ABC
Минимальная форма SOP
F = A′C′ + ABC
L = 5
Ответ
L = 5
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 7
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 9 импульсов возвращают счётчик в то же состояние.
12 = 1·9 + 3
Значение после оставшихся импульсов
Q = (4 + 3) mod 9 = 7
Q = 0111₂
Ответ
Q = 7
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: φ(121) = 110
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).
Простые множители
121 = 112
Функция Эйлера
φ(121) = 121 − 11 = 110
Ответ
φ(121) = 110
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 2981875 mod 13 = 9
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.
Приведите показатель
81875 mod 12 = 11
2981875 ≡ 2911 (mod 13)
Малая степень
2911 mod 13 = 9
Ответ
2981875 mod 13 = 9
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · У сортировки вставками малые накладные расходы, и она быстра на маленьких или почти отсортированных входах
Почему это ответ
При малых n простой цикл сортировки вставками выигрывает у накладных расходов рекурсии быстрой сортировки или сортировки слиянием, хотя он O(n²).
Ответ
C · У сортировки вставками малые накладные расходы, и она быстра на маленьких или почти отсортированных входах
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: D · Чтобы добраться до среднего элемента, нужно O(n) шагов, поскольку нет прямого доступа по индексу
Почему это ответ
Бинарному поиску нужен доступ к середине за O(1); в связном списке путь туда стоит линейного времени, поэтому итог O(n).
Ответ
D · Чтобы добраться до среднего элемента, нужно O(n) шагов, поскольку нет прямого доступа по индексу
11.Структуры данных
Ответ: A · O(1)
Почему это ответ
Элемент матрицы в строке u и столбце v сразу показывает, есть ли ребро; в списках смежности может понадобиться просмотреть соседей u.
Ответ
A · O(1)
12.Структуры данных
Ответ: C · Высота не превышает 2 log2(n + 1)
Почему это ответ
На каждом пути одинаковое число чёрных узлов, а красные узлы не могут быть соседними, поэтому самый длинный путь не более чем вдвое длиннее самого короткого, что даёт высоту O(log n).
Ответ
C · Высота не превышает 2 log2(n + 1)
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 + 35 = 2(L + 10) − 2
L = 17
Ответ
L = 17
Короткий путь: L = 2 + Σ (d − 2) по вершинам степени d ≥ 3.
14.Теория графов
Ответ: ребро BC
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
1. DE (4)
2. DF (5)
3. GE (6)
4. BC (14)
5. AB (15)
6. BD (16)
номер ребра 4
BC
Ответ
ребро BC
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: D · Условие WHERE на o отбрасывает строки, заполненные NULL, превращая соединение во внутреннее
Почему это ответ
У строк без совпадения o.status равен NULL, поэтому проверка в WHERE не даёт TRUE; перенос условия в предложение ON сохраняет всех клиентов.
Ответ
D · Условие WHERE на o отбрасывает строки, заполненные NULL, превращая соединение во внутреннее
17.Компьютерные сети
Ответ: A · Находит MAC-адрес, соответствующий IP-адресу в локальной сети
Почему это ответ
ARP рассылает широковещательный запрос «у кого этот IP?», и владелец отвечает своим MAC-адресом, чтобы кадры можно было доставить локально.
Ответ
A · Находит MAC-адрес, соответствующий IP-адресу в локальной сети
18.Компьютерные сети
Ответ: A · Необязательным обменом RTS/CTS: CTS от точки доступа велит всем ближайшим станциям ждать
Почему это ответ
Станция отправляет Request to Send; точка доступа отвечает Clear to Send, что слышат все станции в её зоне действия, поэтому скрытые станции откладывают передачу на зарезервированное время.
Ответ
A · Необязательным обменом RTS/CTS: CTS от точки доступа велит всем ближайшим станциям ждать
19.Подсети IPv4
Ответ: H = 30
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
255.255.255.224 = /27
Используемые узлы
25 − 2 = 30
Ответ
H = 30
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 224
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).