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
8-битная комбинация 1100 0000 хранит целое число со знаком в дополнительном коде. Каково его значение N в десятичной системе?
1100 00008 bit
N =
2.Системы счисленияСложная
Установите биты в 8-битный результат операции 1000 1101 AND 1000 1100. Чему равно значение результата R в десятичной системе?
1000 1101AND1000 1100
R =
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна ¬(q ∧ p)? Нажмите на неё.
¬(q ∧ p)
1¬q ∧ p
2¬q ∧ ¬p
3¬q ∨ ¬p
4¬q ∨ p
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
В скольких из 16 строк таблицы истинности ((d ∨ a) → ¬d) ∨ (¬c → b) истинно? Обозначим это число N.
((d ∨ a) → ¬d) ∨ (¬c → b)
N =
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(0, 1, 2, 4, 5, 9, 13). Сколько членов-сумм (множителей), N, в ней?
F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 4, 5, 9, 13)
N =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Найдите минимальную форму SOP для F(A, B, C, D) = Σm(2, 6, 9, 11, 12, 13, 15) + d(4, 5), где d обозначает безразличные состояния. Сколько членов-произведений, N, в ней?
AКратчайшие пути (по числу рёбер) от начальной вершины
BМинимальное остовное дерево
CТопологический порядок в любом графе
DКратчайшие пути в графах, содержащих рёбра с отрицательными весами
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Какое определение класса NP верно?
AЗадачи, которые не может решить ни один алгоритм
BЗадачи распознавания, положительные ответы которых можно проверить за полиномиальное время при наличии сертификата
CЗадачи, которые нельзя решить за полиномиальное время
DЗадачи, которые не являются полиномиальными
11.Структуры данныхСредняя
Какую структуру данных использует поиск в глубину (DFS, итеративная версия)?
AОчередь
BКучу
CТолько хеш-таблицу
DСтек
12.Структуры данныхСложная
Какую проблему линейного пробирования в основном уменьшает двойное хеширование?
AСтоимость O(n) чтения значения по ключу
BПервичную кластеризацию, при которой образуются длинные серии занятых ячеек
CНеобходимость хранить ключи в таблице
DНеобходимость в хеш-функции
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| = 5
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 6; сама A фиксируется на шаге 1.
начало: Aшаг 6
1A
2B
3C
4D
5E
6F
7G
15.Базы данных и SQLСредняя
Представление (view) в SQL — это:
AЭкран клиента базы данных для просмотра таблиц
BКопия таблицы на диске
CСохранённый запрос, который ведёт себя как виртуальная таблица
DТип индекса
16.Базы данных и SQLСложная
Каков известный недостаток декомпозиции таблиц до НФБК (BCNF) по сравнению с 3НФ?
AУ таблиц в НФБК не может быть первичных ключей
BНФБК допускает больше избыточности, чем 3НФ
CНекоторые функциональные зависимости уже нельзя проверить в пределах одной таблицы
DПри обратном соединении декомпозиция всегда теряет данные
17.Компьютерные сетиСредняя
NAT (преобразование сетевых адресов) в основном используется для того, чтобы:
AШифровать трафик между двумя площадками
BПреобразовывать доменные имена в IP-адреса устройств в локальной сети
CПозволить многим устройствам с частными адресами совместно использовать один публичный IP-адрес
DУвеличивать скорость сетевого кабеля
18.Компьютерные сетиСложная
Через год закрытый ключ сервера будет похищен. Какое свойство TLS сохранит в безопасности записанные сегодня сеансы?
AПрямая секретность (forward secrecy) за счёт эфемерного обмена ключами Диффи — Хеллмана
BСжатие данных перед шифрованием
CДвукратная отправка сертификата
DИспользование более длинного доменного имени
19.Подсети IPv4Средняя
Сеть 192.168.64.0/24 разделена на подсети /25, пронумерованные 1, 2, 3, … начиная с младшего адреса (подсеть 1 начинается с .0). Чему равен четвёртый октет x широковещательного адреса подсети 2?
192.168.64.0/24/25подсеть 2 (подсеть 1 начинается с .0)
x =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.204.210/28. Каков четвёртый октет x его адреса сети?
10.20.204.210/28
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: N = −64
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.
Сложите веса
Остальные биты сохраняют свои обычные положительные веса.
−128 + 64 = −64
Ответ
N = −64
2.Системы счисления
Ответ: R = 140
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
AND даёт 1 только там, где оба бита равны 1.
1000 1101
AND 1000 1100
= 1000 1100
Значение результата
1000 1100₂ = 140
Ответ
R = 140
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ¬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).
Закон
Закон де Моргана: ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b. ∧ превращается в ∨, и обе части отрицаются.
¬(q ∧ p) ≡ ¬q ∨ ¬p
Проверка по таблице истинности
p = 1, q = 1: 0 | 0 0 0 1
p = 1, q = 0: 1 | 1 0 1 1
p = 0, q = 1: 1 | 0 0 1 0
p = 0, q = 0: 1 | 0 1 1 1
Ответ
¬q ∨ ¬p
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
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.
Столбцы
d ∨ a; ¬d; (d ∨ a) → ¬d; ¬c; ¬c → b; ((d ∨ a) → ¬d) ∨ (¬c → b)
Разбиение по a
a = 1: 7
a = 0: 7
N = 7 + 7 = 14
Ответ
N = 14
5.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.
Сгруппируйте нули
Каждая группа — прямоугольник из 2ᵏ клеток; клетки на краю соседствуют с клетками на противоположном краю.
(C′ + D′)
(B′ + C′)
(A′ + D)
Минимальная форма POS
F = (C′ + D′)(B′ + C′)(A′ + D)
N = 3
Ответ
N = 3
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.
BC′, AD, A′CD′, A′BD′
Минимальное покрытие
F = BC′ + AD + A′CD′
N = 3
Ответ
N = 3
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 23
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).
Первое сравнение
x = 1 + 11k
Второе сравнение
1 + 11k ≡ 11 (mod 12) → 11k ≡ 10 (mod 12)
k ≡ 11·10 ≡ 2 (mod 12)
Результат
x = 1 + 11·2 = 23
x = 23
проверка: 23 mod 11 = 1, 23 mod 12 = 11
Ответ
x = 23
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 11
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, 30) = 2
8x ≡ 13 (mod 15)
Решите упрощённое сравнение
8−1 ≡ 2 (mod 15) → x ≡ 11 (mod 15)
Решения по модулю 30
x ∈ {11, 26}
x = 11
Ответ
x = 11
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · Кратчайшие пути (по числу рёбер) от начальной вершины
Почему это ответ
BFS посещает вершины в порядке расстояния (в рёбрах) от источника, поэтому находит кратчайшие пути в невзвешенном графе за O(V + E).
Ответ
A · Кратчайшие пути (по числу рёбер) от начальной вершины
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Задачи распознавания, положительные ответы которых можно проверить за полиномиальное время при наличии сертификата
Почему это ответ
Для задачи из NP предложенное решение (сертификат) можно быстро проверить, например убедиться, что данное присваивание выполняет булеву формулу.
Ответ
B · Задачи распознавания, положительные ответы которых можно проверить за полиномиальное время при наличии сертификата
11.Структуры данных
Ответ: D · Стек
Почему это ответ
DFS углубляется как можно дальше, естественно используя стек (или стек вызовов рекурсии); BFS использует очередь.
Ответ
D · Стек
12.Структуры данных
Ответ: B · Первичную кластеризацию, при которой образуются длинные серии занятых ячеек
Почему это ответ
Линейное пробирование делает шаг 1, поэтому серии занятых ячеек растут и сливаются; двойное хеширование использует второй хеш для размера шага, так что разные ключи проходят разные последовательности.
Ответ
B · Первичную кластеризацию, при которой образуются длинные серии занятых ячеек
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: E
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: 13, C: 5
2. C (5): G: 16
3. B (13)
4. G (16): D: 25, E: 31
5. D (25): E: 27, F: 38
6. E (27): F: 34
7. F (34)
шаг 6
E
Ответ
E
15.Базы данных и SQL
Ответ: C · Сохранённый запрос, который ведёт себя как виртуальная таблица
Почему это ответ
Представление хранит оператор SELECT; обращение к нему выполняет лежащий в его основе запрос (материализованные представления хранят результат).
Ответ
C · Сохранённый запрос, который ведёт себя как виртуальная таблица
16.Базы данных и SQL
Ответ: C · Некоторые функциональные зависимости уже нельзя проверить в пределах одной таблицы
Почему это ответ
Декомпозиция без потерь до НФБК всегда существует, но может не сохранять зависимости; декомпозиция до 3НФ всегда может быть и без потерь, и с сохранением зависимостей.
Ответ
C · Некоторые функциональные зависимости уже нельзя проверить в пределах одной таблицы
17.Компьютерные сети
Ответ: C · Позволить многим устройствам с частными адресами совместно использовать один публичный IP-адрес
Почему это ответ
NAT переписывает адреса (и порты), чтобы частные сети могли выходить в интернет через меньшее число публичных адресов.
Ответ
C · Позволить многим устройствам с частными адресами совместно использовать один публичный IP-адрес
18.Компьютерные сети
Ответ: A · Прямая секретность (forward secrecy) за счёт эфемерного обмена ключами Диффи — Хеллмана
Почему это ответ
При эфемерном (EC)DHE каждый сеансовый ключ выводится из временных значений, которые затем уничтожаются. Долговременный ключ только подписывает обмен, поэтому его последующая кража не позволяет расшифровать старый трафик.
Ответ
A · Прямая секретность (forward secrecy) за счёт эфемерного обмена ключами Диффи — Хеллмана
19.Подсети IPv4
Ответ: x = 255
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
27 = 128
Подсеть номер 2
сеть: (2 − 1)·128 = 128
широковещательный: 128 + 128 − 1 = 255
Ответ
x = 255
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 208
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).