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 −77 как 8-битную комбинацию в дополнительном коде. Прочитайте комбинацию как беззнаковое двоичное число: каково его значение U в десятичной системе?
N = −778 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Несжатое изображение имеет размер 1024 × 768 пикселей и 8 бит на пиксель. Сколько памяти M оно занимает, в KiB (1 KiB = 1024 байта)?
1024 × 768 px8 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Вы хотите доказать (p ∨ r) → q от противного. Какое утверждение вы предполагаете в начале? Нажмите на него.
(p ∨ r) → q
1(p ∨ r) ∧ ¬q
2¬(p ∨ r) ∧ q
3¬(p ∨ r) ∧ ¬q
4¬(p ∨ r) → ¬q
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Рассуждение с посылками q → r; p → r и выводом q → p неправильно. Нажмите на строку таблицы истинности, которая является контрпримером.
q → rp → r∴ q → p
1p = 1, q = 1, r = 1
2p = 1, q = 1, r = 0
3p = 1, q = 0, r = 1
4p = 1, q = 0, r = 0
5p = 0, q = 1, r = 1
6p = 0, q = 1, r = 0
7p = 0, q = 0, r = 1
8p = 0, q = 0, r = 0
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
Упростите F = A′B′C + AB′C + B′C + ABC до минимальной формы «сумма произведений». Сколько литералов, L, содержит упрощённое выражение?
F = A′B′C + AB′C + B′C + ABC
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Синхронный счётчик по модулю 11 считает 0, 1, …, 10, а затем возвращается к 0. Он начинает с 3. Какое значение Q (в десятичном виде) он покажет после 16 тактовых импульсов?
Q0 = 316N = 11
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите обратный к 5 по модулю 37: число x, для которого 0 < x < 37 и 5·x ≡ 1 (mod 37).
a = 5n = 37
5−1 mod 37 =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
В ключе RSA используются простые числа p = 13 и q = 43 и открытый показатель e = 17. Найдите закрытый показатель d (0 < d < φ(n)).
p = 13q = 43e = 17
d =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Какова амортизированная временная сложность добавления элемента в конец динамического массива, который удваивает свою ёмкость при заполнении?
AO(1)
BO(log n)
CO(n)
DO(n²)
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Почему поиск в хеш-таблице в среднем имеет сложность O(1), а в худшем случае — O(n)?
AМногие ключи из-за коллизий могут попасть в одну и ту же корзину
BХеш-функции работают медленно
CКлючи сначала нужно отсортировать
DДоступ к массивам имеет сложность O(n)
11.Структуры данныхСредняя
У вас есть ссылка на узел в середине списка. В каком списке его можно удалить за O(1)?
AВ отсортированном массиве
BВ односвязном списке
CВ двусвязном списке
DВ динамическом массиве
12.Структуры данныхСложная
Какова стоимость одной операции find в худшем случае в структуре union-find с n элементами без объединения по рангу и сжатия путей?
AO(n)
BO(log n)
CO(α(n))
DO(1)
13.Теория графовСредняя
Связный граф имеет 7 вершин и 7 рёбер. Сколько рёбер, k, нужно удалить, чтобы осталось остовное дерево?
|V| = 7|E| = 7
k =
14.Теория графовСложная
Алгоритм Краскала строит минимальное остовное дерево. Нажмите на ребро, которое он добавляет под номером 6; пропущенные рёбра не считаются.
k = 6
1ребро AB
2ребро AC
3ребро BC
4ребро CE
5ребро DE
6ребро EF
7ребро GB
8ребро GC
9ребро GD
10ребро GE
15.Базы данных и SQLСредняя
Какому предложению SQL соответствует оператор селекции (σ) реляционной алгебры?
AGROUP BY
BСписок SELECT
CWHERE
DORDER BY
16.Базы данных и SQLСложная
Какой уровень изоляции предотвращает «грязное» чтение (dirty reads), но всё ещё допускает неповторяющееся чтение (non-repeatable reads)?
ARepeatable read
BSerializable
CRead uncommitted
DRead committed
17.Компьютерные сетиСредняя
Какой диапазон номеров портов TCP/UDP зарезервирован как «общеизвестные» (well-known) порты?
A0–1023
B1024–49151
C49152–65535
D0–65535
18.Компьютерные сетиСложная
Путь имеет пропускную способность 100 Мбит/с и время приёма-передачи (RTT) 40 мс. Сколько данных должно находиться «в полёте», чтобы использовать его полностью?
A50 кБ
B500 кБ
C2,5 МБ
D4 кБ
19.Подсети IPv4Средняя
Отделу нужно 540 адресов узлов в одной подсети. Какова наибольшая длина префикса p (наименьшая подсеть), которой достаточно?
540 hosts
p =
20.Подсети IPv4Сложная
У маршрутизатора есть маршруты к сетям: 10.22.148.0/24, 10.22.149.0/24, 10.22.150.0/24, 10.22.151.0/24, 10.22.152.0/24, 10.22.153.0/24. Какова наибольшая длина префикса p одного суммарного маршрута, охватывающего их все?
10.22.148.0/24 … 10.22.153.0/24
p =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 179
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
77 = 0100 1101
инвертировано: 1011 0010
+1 → 1011 0011
Прочитайте как беззнаковое
1011 0011₂ = 256 − 77 = 179
Ответ
U = 179
2.Системы счисления
Ответ: M = 768 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
1024·768·8 = 6291456 bit = 786432 B
Переведите в KiB
786432/1024 = 768 KiB
Ответ
M = 768 KiB
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: (p ∨ r) ∧ ¬q
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 = p ∨ r, b = q
Отрицание импликации
¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = (p ∨ r) ∧ ¬q
Ответ
(p ∨ r) ∧ ¬q
Если предположение приводит к противоречию, импликация должна быть истинной.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: p = 0, q = 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, q = 1, r = 1: 1 1 | 1
p = 1, q = 1, r = 0: 0 0 | 1
p = 1, q = 0, r = 1: 1 1 | 1
p = 1, q = 0, r = 0: 1 0 | 1
p = 0, q = 1, r = 1: 1 1 | 0
p = 0, q = 1, r = 0: 0 1 | 0
p = 0, q = 0, r = 1: 1 1 | 1
p = 0, q = 0, r = 0: 1 1 | 1
Контрпример
p = 0, q = 1, r = 1
Ответ
p = 0, q = 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 = 4
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)
AB′C → m(5)
B′C → m(1, 5)
ABC → m(7)
Сгруппируйте и прочитайте
F = B′C + AC
Посчитайте литералы
L = 4
Ответ
L = 4
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 8
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 11 импульсов возвращают счётчик в то же состояние.
16 = 1·11 + 5
Значение после оставшихся импульсов
Q = (3 + 5) mod 11 = 8
Q = 1000₂
Ответ
Q = 8
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 5−1 mod 37 = 15
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·5 (mod 37).
r = 37, t = 0
r = 5, q = 7, t = 1
r = 2, q = 2, t = −7
r = 1, q = 2, t = 15
Обратная матрица
1 ≡ 15·5 (mod 37)
x = 15
проверка: 5·15 = 75 = 2·37 + 1
Ответ
5−1 mod 37 = 15
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: d = 89
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.
Модуль и функция Эйлера
n = 13·43 = 559
φ(n) = 12·42 = 504
Расширенный алгоритм Евклида
r = 504, t = 0
r = 17, q = 29, t = 1
r = 11, q = 1, t = −29
r = 6, q = 1, t = 30
r = 5, q = 1, t = −59
r = 1, q = 5, t = 89
Закрытый показатель
d = 89
проверка: 17·89 = 1513 = 3·504 + 1
Ответ
d = 89
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · O(1)
Почему это ответ
Копирование всех элементов происходит только на степенях двойки; если распределить эти затраты на все добавления, средняя стоимость одного добавления постоянна.
Ответ
A · O(1)
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · Многие ключи из-за коллизий могут попасть в одну и ту же корзину
Почему это ответ
При хорошей хеш-функции и подходящем коэффициенте заполнения корзины в среднем остаются короткими; злонамеренно подобранные данные или плохое хеширование могут поместить все ключи в одну корзину.
Ответ
A · Многие ключи из-за коллизий могут попасть в одну и ту же корзину
11.Структуры данных
Ответ: C · В двусвязном списке
Почему это ответ
Узел двусвязного списка знает своего предшественника, поэтому prev и next можно сразу перевязать; в односвязном списке предшественника приходится искать.
Ответ
C · В двусвязном списке
12.Структуры данных
Ответ: A · O(n)
Почему это ответ
Наивные объединения могут связать деревья в длинную цепочку, и find придётся пройти n − 1 указателей на родителя; две эвристики приближают стоимость к константе.
Ответ
A · O(n)
13.Теория графов
Ответ: k = 1
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.
Рёбра остовного дерева
7 − 1 = 6
Рёбра для удаления
k = 7 − 6 = 1
Ответ
k = 1
14.Теория графов
Ответ: ребро EF
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. BC (1)
2. GC (4)
3. CE (5)
4. DE (6)
5. AB (10)
6. EF (16)
номер ребра 6
EF
Ответ
ребро EF
15.Базы данных и SQL
Ответ: C · WHERE
Почему это ответ
σcondition(R) возвращает кортежи R, удовлетворяющие условию, подобно предложению WHERE.
Ответ
C · WHERE
16.Базы данных и SQL
Ответ: D · Read committed
Почему это ответ
Read committed скрывает незафиксированные изменения; repeatable read также предотвращает неповторяющееся чтение; serializable предотвращает и фантомы.
Ответ
D · Read committed
17.Компьютерные сети
Ответ: A · 0–1023
Почему это ответ
Порты 0–1023 — общеизвестные порты для стандартных служб. 1024–49151 — зарегистрированные порты, а 49152–65535 — динамические, или частные, порты.
Ответ
A · 0–1023
18.Компьютерные сети
Ответ: B · 500 кБ
Почему это ответ
Произведение пропускной способности на задержку равно 100 × 10⁶ бит/с × 0,04 с = 4 × 10⁶ бит = 500 кБ. Окно отправителя должно быть не меньше этого значения.
Ответ
B · 500 кБ
19.Подсети IPv4
Ответ: p = 22
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
29 − 2 = 510 < 540
210 − 2 = 1022 ≥ 540 → h = 10
Длина префикса
p = 32 − 10 = 22
Ответ
p = /22
20.Подсети IPv4
Ответ: p = 20
Суммирование маршрутов: суммарный маршрут a.b.c.0/p охватывает все сети, у которых первые p битов совпадают. Запишите различающийся октет первой и последней сети в двоичном виде; число общих старших битов плюс биты предшествующих октетов — это наибольший префикс суммарного маршрута.
Сравниваем биты
148 = 10010100
153 = 10011001
общих старших битов: 4
Длина префикса
p = 16 + 4 = 20
Ответ
p = /20
Суммарный маршрут: 10.22.144.0/20 (он также охватывает 10 сеть(и), которых нет в списке).