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 −115 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −1158 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Несжатое изображение имеет размер 1024 × 768 пикселей и 24 бит на пиксель. Сколько памяти M оно занимает, в KiB (1 KiB = 1024 байта)?
1024 × 768 px24 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Вы хотите доказать (q ∨ r) → ¬p от противного. Какое утверждение вы предполагаете в начале? Нажмите на него.
(q ∨ r) → ¬p
1¬(q ∨ r) ∧ ¬¬p
2(q ∨ r) ∧ ¬¬p
3¬(q ∨ r) ∧ ¬p
4¬(q ∨ r) → ¬¬p
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Даны посылки c ∨ a; ¬c. Какой вывод из них следует? Нажмите на него.
c ∨ a¬c
1c ∧ a
2c
3¬a
4a
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(4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 15). Сколько всего литералов, L, она содержит (переменная со штрихом считается одним литералом)?
F(A, B, C, D) = Σm(4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 15)
L =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
Тактовый сигнал 50 kHz управляет счётчиком по модулю 50. Найдите частоту fout его старшего выхода, который завершает один цикл за один цикл счёта.
fclk = 50 kHzN = 50
fout = kHz
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Найдите наименьшее положительное целое x, для которого x ≡ 1 (mod 4) и x ≡ 0 (mod 5).
x ≡ 1 (mod 4)x ≡ 0 (mod 5)
x =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
19 — простое число. Используйте малую теорему Ферма, чтобы найти 2927546 mod 19.
p = 19k = 27546
2927546 mod 19 =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
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 — 3
BЖадный метод использует 4 монеты; оптимум — 3
CЖадный метод использует 3 монеты; оптимум — 2
DЖадный метод использует 2 монеты; оптимум — 2
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Проблема остановки показывает, что:
AЦиклов следует избегать
BНикакой алгоритм не может для каждой программы и входных данных определить, остановится ли она
CКаждая программа в конце концов останавливается
DНекоторые программы работают быстрее на более быстрых компьютерах, поэтому остановка зависит от оборудования
11.Структуры данныхСредняя
В двоичной min-куче, хранящейся в массиве (индексация с 0), потомки узла с индексом i находятся на позициях:
A2i и 2i + 1
Bi + 1 и i + 2
Ci/2 и i/2 + 1
D2i + 1 и 2i + 2
12.Структуры данныхСложная
Вставка ключа в АВЛ-дерево делает левое поддерево узла слишком высоким, причём новый ключ попал в левое поддерево его левого потомка (случай левый–левый). Какое исправление применяется?
AОдиночный левый поворот в несбалансированном узле
BОдиночный правый поворот в несбалансированном узле
CЛевый поворот в потомке, затем правый поворот в узле
DПерекрашивание узла и его потомка
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| = 6|E| = 7
1Эйлеров цикл
2Эйлеров путь, не цикл
3ни то, ни другое
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
Почему SELECT price * 2 AS double_price FROM t WHERE double_price > 10 в большинстве баз данных завершается ошибкой?
AWHERE вычисляется раньше списка SELECT, поэтому псевдонима ещё не существует
BWHERE может сравнивать только текстовые столбцы
CПсевдонимы не могут содержать подчёркивание
DАрифметика в списке SELECT не допускается
16.Базы данных и SQLСложная
Что показывает EXPLAIN (или EXPLAIN ANALYZE в PostgreSQL) для запроса?
AЗначение каждого ключевого слова SQL в запросе
BТолько переписанный запрос в нотации реляционной алгебры
CСписок пользователей, выполнявших запрос
DПлан выполнения, выбранный оптимизатором, например способы сканирования и соединения
17.Компьютерные сетиСредняя
Что однозначно идентифицирует одну сторону TCP-соединения в интернете?
AОдин только MAC-адрес
BIP-адрес вместе с номером порта
CОдно только доменное имя
DМаска подсети и шлюз
18.Компьютерные сетиСложная
Пользователь может выполнить ping 8.8.8.8, но не может открыть ни один сайт по имени. Где проблема наиболее вероятна?
AВ разрешении имён (DNS)
BВ драйвере сетевой платы
CВ шлюзе по умолчанию
DВ физическом кабеле
19.Подсети IPv4Средняя
Отделу нужно 1878 адресов узлов в одной подсети. Какова наибольшая длина префикса p (наименьшая подсеть), которой достаточно?
1878 hosts
p =
20.Подсети IPv4Сложная
Сеть 192.168.66.0/24 делится с помощью VLSM для следующих LAN: A: 62 узлов, B: 37 узлов, C: 20 узлов, D: 10 узлов. Подсети выделяются начиная с .0 по возрастанию, первой — LAN с наибольшим числом узлов, каждой — наименьшая подходящая подсеть. Чему равен четвёртый октет x адреса сети LAN C?
A: 62B: 37C: 20D: 10
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 141
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
115 = 0111 0011
инвертировано: 1000 1100
+1 → 1000 1101
Прочитайте как беззнаковое
1000 1101₂ = 256 − 115 = 141
Ответ
U = 141
2.Системы счисления
Ответ: M = 2304 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
1024·768·24 = 18874368 bit = 2359296 B
Переведите в KiB
2359296/1024 = 2304 KiB
Ответ
M = 2304 KiB
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: (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).
Части импликации
a = q ∨ r, b = ¬p
Отрицание импликации
¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b = (q ∨ r) ∧ ¬¬p
Ответ
(q ∨ r) ∧ ¬¬p
Если предположение приводит к противоречию, импликация должна быть истинной.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: a
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
a = 1, c = 0: c ∧ a = 0, c = 0, ¬a = 0, a = 1
Вывод
a (дизъюнктивный силлогизм)
Ответ
a
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: L = 15
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.
AC′D′
ACD
A′BD′
AB′D
A′BC′
Минимальная форма SOP
F = AC′D′ + ACD + A′BD′ + AB′D + A′BC′
L = 15
Ответ
L = 15
Существует другая группировка того же размера; в ней то же число членов и литералов.
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: fout = 1 kHz
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.
Деление частоты
fout = 50 kHz / 50 = 1 kHz
Ответ
fout = 1 kHz
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 5
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 + 4k
Второе сравнение
1 + 4k ≡ 0 (mod 5) → 4k ≡ 4 (mod 5)
k ≡ 4·4 ≡ 1 (mod 5)
Результат
x = 1 + 4·1 = 5
x = 5
проверка: 5 mod 4 = 1, 5 mod 5 = 0
Ответ
x = 5
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 2927546 mod 19 = 11
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
27546 mod 18 = 6
2927546 ≡ 296 (mod 19)
Малая степень
296 mod 19 = 11
Ответ
2927546 mod 19 = 11
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: C · 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
C · Жадный метод использует 3 монеты; оптимум — 2
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Никакой алгоритм не может для каждой программы и входных данных определить, остановится ли она
Почему это ответ
Тьюринг показал, что проблема остановки неразрешима: предположение о существовании разрешающего алгоритма приводит к противоречию с программой, которая поступает наоборот.
Ответ
B · Никакой алгоритм не может для каждой программы и входных данных определить, остановится ли она
11.Структуры данных
Ответ: D · 2i + 1 и 2i + 2
Почему это ответ
В массивах с индексацией от 0 левый потомок находится в 2i + 1, правый — в 2i + 2, а родитель — в ⌊(i − 1)/2⌋.
Ответ
D · 2i + 1 и 2i + 2
12.Структуры данных
Ответ: B · Одиночный правый поворот в несбалансированном узле
Почему это ответ
В случае левый–левый один правый поворот поднимает левого потомка вверх и восстанавливает баланс; случаи зигзага требуют двойного поворота.
Ответ
B · Одиночный правый поворот в несбалансированном узле
13.Теория графов
Ответ: Эйлеров 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.
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: 1, C: 7
B (1): D: 4, E: 14
D (4): E: 11
C (7)
E (11): F: 18
F (18)
Кратчайший путь
A → B → D → E → F
d(F) = 18
Ответ
d(F) = 18
15.Базы данных и SQL
Ответ: A · WHERE вычисляется раньше списка SELECT, поэтому псевдонима ещё не существует
Почему это ответ
Логически FROM и WHERE выполняются до SELECT, поэтому повторите выражение в WHERE или используйте подзапрос; ORDER BY может использовать псевдоним, поскольку выполняется после SELECT.
Ответ
A · WHERE вычисляется раньше списка SELECT, поэтому псевдонима ещё не существует
16.Базы данных и SQL
Ответ: D · План выполнения, выбранный оптимизатором, например способы сканирования и соединения
Почему это ответ
EXPLAIN показывает план (индексное или последовательное сканирование, алгоритмы соединения, оценки стоимости); EXPLAIN ANALYZE ещё и выполняет запрос и сообщает фактическое время.
Ответ
D · План выполнения, выбранный оптимизатором, например способы сканирования и соединения
17.Компьютерные сети
Ответ: B · IP-адрес вместе с номером порта
Почему это ответ
TCP-соединение идентифицируется IP-адресом и портом источника плюс IP-адресом и портом назначения. Порты разделяют множество приложений на одном узле.
Ответ
B · IP-адрес вместе с номером порта
18.Компьютерные сети
Ответ: A · В разрешении имён (DNS)
Почему это ответ
Успешный ping внешнего IP-адреса доказывает, что кабели, адресация и маршрутизация работают. Неработающие имена указывают на проблему с DNS-сервером или настройкой резолвера.
Ответ
A · В разрешении имён (DNS)
19.Подсети IPv4
Ответ: p = 21
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
210 − 2 = 1022 < 1878
211 − 2 = 2046 ≥ 1878 → h = 11
Длина префикса
p = 32 − 11 = 21
Ответ
p = /21
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 128
VLSM: каждая LAN получает наименьшую подсеть с 2ʰ − 2 ≥ числа её узлов, т. е. префикс 32 − h. Если выделять сначала наибольшие подсети, каждый блок оказывается выровнен по числу, кратному своему размеру, поэтому адреса сетей получаются сложением размеров блоков.