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
Запишите −78 как 8-битную комбинацию в дополнительном коде. Прочитайте комбинацию как беззнаковое двоичное число: каково его значение U в десятичной системе?
N = −788 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Несжатое изображение имеет размер 1024 × 768 пикселей и 16 бит на пиксель. Сколько памяти M оно занимает, в KiB (1 KiB = 1024 байта)?
1024 × 768 px16 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Вы хотите доказать r → (q ∨ p) от противного. Какое утверждение вы предполагаете в начале? Нажмите на него.
r → (q ∨ p)
1¬r ∧ ¬(q ∨ p)
2r ∧ ¬(q ∨ p)
3¬r ∧ (q ∨ p)
4¬r → ¬(q ∨ p)
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
В скольких из 16 строк таблицы истинности ((q → r) ∧ p) ∨ ((¬p ↔ q) → ¬s) истинно? Обозначим это число N.
((q → r) ∧ p) ∨ ((¬p ↔ q) → ¬s)
N =
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
С помощью карты Карно найдите минимальную форму «сумма произведений» (SOP) для F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 5, 8, 11, 12, 14, 15). Сколько всего литералов, L, она содержит (переменная со штрихом считается одним литералом)?
F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 5, 8, 11, 12, 14, 15)
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Триггер T, срабатывающий по переднему фронту, начинает с Q = 0 и получает показанные входы на 8 передних фронтах тактового сигнала. Сколько раз, N, Q меняет состояние?
Q₀ = 0T
N =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите обратный к 3 по модулю 11: число x, для которого 0 < x < 11 и 3·x ≡ 1 (mod 11).
При монетах 1, 3 и 4 и сумме 6 сколько монет использует жадный метод «сначала самая крупная монета» по сравнению с оптимумом?
AЖадный метод использует 3 монеты; оптимум — 2
BЖадный метод использует 2 монеты; оптимум — 2
CЖадный метод использует 3 монеты; оптимум — 3
DЖадный метод использует 4 монеты; оптимум — 3
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Алгоритм Штрассена умножает матрицы, используя 7 вместо 8 рекурсивных умножений блоков половинного размера. Каково время его работы?
AΘ(n³)
BΘ(nlog₂ 7), примерно n2,81
CΘ(n² log n)
DΘ(n2)
11.Структуры данныхСредняя
Какой метод разрешения коллизий хранит конфликтующие ключи в списке в той же корзине?
AЛинейное пробирование
BКвадратичное пробирование
CМетод цепочек (separate chaining)
DДвойное хеширование
12.Структуры данныхСложная
Алгоритм Кана для топологической сортировки многократно удаляет вершины с полустепенью захода 0. Какая структура хранит эти вершины?
AОчередь (или любая коллекция) вершин с полустепенью захода 0
BMax-куча, упорядоченная по полустепени исхода
CСтек всех посещённых рёбер
DМатрица смежности, фиксирующая, какие вершины уже удалены
13.Теория графовСредняя
Сколько различных гамильтоновых циклов, H, в полном графе K5? Циклы, отличающиеся только начальной вершиной или направлением, считаются одним и тем же.
K5
H =
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 означает буква «A» в аббревиатуре ACID?
AАгрегация (Aggregation)
BТочность (Accuracy)
CАтомарность (Atomicity)
DДоступность (Availability)
16.Базы данных и SQLСложная
Двухфазная блокировка (2PL) гарантирует:
AРасписания, сериализуемые по конфликтам (conflict-serializable)
BЧто блокировки не нужны
CЧто взаимоблокировки никогда не возникнут
DЧто транзакции никогда не ждут
17.Компьютерные сетиСредняя
Каков адрес сети для узла 192.168.10.77/26?
A192.168.10.76
B192.168.10.128
C192.168.10.0
D192.168.10.64
18.Компьютерные сетиСложная
У TCP-соединения окно 64 КБ, время приёма-передачи 100 мс и нет масштабирования окна. Какова его примерная максимальная пропускная способность?
AОколо 50 Мбит/с
BОколо 5 Мбит/с
CОколо 0,5 Мбит/с
DОколо 640 Мбит/с
19.Подсети IPv4Средняя
Отделу нужно 172 адресов узлов в одной подсети. Какова наибольшая длина префикса p (наименьшая подсеть), которой достаточно?
172 hosts
p =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.97.246/27. Каков четвёртый октет x его адреса сети?
10.20.97.246/27
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 178
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.
Инвертируйте и прибавьте единицу
78 = 0100 1110
инвертировано: 1011 0001
+1 → 1011 0010
Прочитайте как беззнаковое
1011 0010₂ = 256 − 78 = 178
Ответ
U = 178
2.Системы счисления
Ответ: M = 1536 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
1024·768·16 = 12582912 bit = 1572864 B
Переведите в KiB
1572864/1024 = 1536 KiB
Ответ
M = 1536 KiB
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: r ∧ ¬(q ∨ 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).
Части импликации
a = r, b = q ∨ p
Отрицание импликации
¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = r ∧ ¬(q ∨ p)
Ответ
r ∧ ¬(q ∨ p)
Если предположение приводит к противоречию, импликация должна быть истинной.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: N = 14
Таблицы истинности: у формулы с n различными переменными 2ⁿ строк, по одной для каждой комбинации значений истинности (1 = истина, 0 = ложь). Работайте изнутри наружу и отводите каждой подформуле отдельный столбец. ¬a меняет значение на противоположное; a ∧ b равно 1 только тогда, когда оба равны 1; a ∨ b равно 0 только тогда, когда оба равны 0; a → b равно 0 только при a = 1 и b = 0; a ↔ b равно 1, когда обе части равны.
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: L = 16
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′D
AC′D′
ACD
ABD′
A′B′CD′
Минимальная форма SOP
F = A′C′D + AC′D′ + ACD + ABD′ + A′B′CD′
L = 16
Ответ
L = 16
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: N = 4
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.
Q после каждого фронта
T-триггер переключается по каждому переднему фронту при T = 1 и сохраняет состояние при T = 0.
1: T = 1 → Q = 1
2: T = 0 → Q = 1
3: T = 0 → Q = 1
4: T = 1 → Q = 0
5: T = 0 → Q = 0
6: T = 1 → Q = 1
7: T = 1 → Q = 0
8: T = 0 → Q = 0
Посчитайте изменения
0 → 1 → 1 → 1 → 0 → 0 → 1 → 0 → 0
N = 4
Ответ
N = 4
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 3−1 mod 11 = 4
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·3 (mod 11).
r = 11, t = 0
r = 3, q = 3, t = 1
r = 2, q = 1, t = −3
r = 1, q = 2, t = 4
Обратная матрица
1 ≡ 4·3 (mod 11)
x = 4
проверка: 3·4 = 12 = 1·11 + 1
Ответ
3−1 mod 11 = 4
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 10
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).
Разделите на НОД
gcd(16, 26) = 2
8x ≡ 2 (mod 13)
Решите упрощённое сравнение
8−1 ≡ 5 (mod 13) → x ≡ 10 (mod 13)
Решения по модулю 26
x ∈ {10, 23}
x = 10
Ответ
x = 10
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · Жадный метод использует 3 монеты; оптимум — 2
Почему это ответ
Жадный метод берёт 4 + 1 + 1 = 3 монеты, а 3 + 3 — лишь 2, поэтому для этой системы монет жадный метод не оптимален; динамическое программирование оптимально.
Ответ
A · Жадный метод использует 3 монеты; оптимум — 2
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Θ(nlog₂ 7), примерно n2,81
Почему это ответ
При a = 7 и b = 2 член nlog₂ 7 доминирует над работой сложения O(n²), что даёт примерно n2,81.
Ответ
B · Θ(nlog₂ 7), примерно n2,81
11.Структуры данных
Ответ: C · Метод цепочек (separate chaining)
Почему это ответ
Метод цепочек хранит для каждой корзины связный список (или другую структуру); открытая адресация ищет другую свободную ячейку в самой таблице.
Ответ
C · Метод цепочек (separate chaining)
12.Структуры данных
Ответ: A · Очередь (или любая коллекция) вершин с полустепенью захода 0
Почему это ответ
Готовые вершины хранятся в очереди; удаление одной уменьшает полустепени захода её соседей, и те, у которых она стала 0, добавляются, что даёт время O(V + E).
Ответ
A · Очередь (или любая коллекция) вершин с полустепенью захода 0
13.Теория графов
Ответ: H = 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.
Посчитайте
H = (5 − 1)!/2 = 24/2 = 12
Ответ
H = 12
14.Теория графов
Ответ: d(F) = 13
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: 11, C: 6
C (6): E: 8
E (8): D: 12, F: 13
B (11)
D (12)
F (13)
Кратчайший путь
A → C → E → F
d(F) = 13
Ответ
d(F) = 13
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 · Расписания, сериализуемые по конфликтам (conflict-serializable)
Почему это ответ
2PL гарантирует сериализуемость, но взаимоблокировки (deadlocks) по-прежнему возможны, и их нужно обнаруживать или предотвращать.
Ответ
A · Расписания, сериализуемые по конфликтам (conflict-serializable)
17.Компьютерные сети
Ответ: D · 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
D · 192.168.10.64
18.Компьютерные сети
Ответ: B · Около 5 Мбит/с
Почему это ответ
Пропускная способность ≤ окно / RTT = 65,536 × 8 бит / 0,1 с ≈ 5,2 Мбит/с, каким бы быстрым ни был канал.
Ответ
B · Около 5 Мбит/с
19.Подсети IPv4
Ответ: p = 24
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
27 − 2 = 126 < 172
28 − 2 = 254 ≥ 172 → h = 8
Длина префикса
p = 32 − 8 = 24
Ответ
p = /24
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).