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 −21 в 8-битном дополнительном коде. Чему равно значение комбинации U, если читать её как число без знака?
N = −218 bit
U =
2.Системы счисленияСложная
Несжатое изображение имеет размер 512 × 512 пикселей и 24 бит на пиксель. Сколько памяти M оно занимает, в KiB (1 KiB = 1024 байта)?
512 × 512 px24 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
3.Логика высказываний и доказательстваСредняя
Какая формула логически эквивалентна a → b? Нажмите на неё.
a → b
1¬b → ¬a
2¬b ∧ ¬a
3b → a
4¬a → ¬b
4.Логика высказываний и доказательстваСложная
Какое утверждение эквивалентно ¬∃x A(x), если отрицание перенесено полностью внутрь? Нажмите на него.
¬∃x A(x)
1∀x ¬A(x)
2∃x A(x)
3∀x A(x)
4∃x ¬A(x)
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
С помощью карты Карно найдите минимальную форму «произведение сумм» (POS) для F(A, B, C) = Σm(0, 3, 4, 6, 7). Сколько членов-сумм (множителей), N, в ней?
F(A, B, C) = Σm(0, 3, 4, 6, 7)
N =
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
4-разрядный двоичный суммирующий счётчик начинает с 7 (в десятичном виде, Q = 0111). Какое значение Q (в десятичном виде) он покажет после 43 тактовых импульсов?
Q0 = 743n = 4
Q =
7.Теория чисел и модульная арифметикаСредняя
Решите 15x ≡ 8 (mod 23). Укажите решение x, для которого 0 < x < 23.
15x ≡ 8 (mod 23)
x =
8.Теория чисел и модульная арифметикаСложная
Используйте многократное возведение в квадрат, чтобы найти 968 mod 17.
a = 9k = 68n = 17
968 mod 17 =
9.Алгоритмы и сложностьСредняя
Какова временная сложность быстрой сортировки (quicksort) в худшем случае?
AO(n²)
BO(log n)
CO(n log n)
DO(n)
10.Алгоритмы и сложностьСложная
Принадлежит ли 22n классу O(2ⁿ)?
AДа, потому что постоянные множители в показателе в O большом всегда игнорируются
BНет, потому что 22n = 4ⁿ, а 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ растёт неограниченно
CДа, потому что обе функции экспоненциальны
DНет, потому что 22n растёт медленнее 2ⁿ
11.Структуры данныхСредняя
Где в двоичной куче, хранящейся в массиве с индексацией от 0, находится родитель узла с индексом i?
AВ индексе ⌊i / 2⌋ + 1
BВ индексе 2i + 1
CВ индексе i − 1
DВ индексе ⌊(i − 1) / 2⌋
12.Структуры данныхСложная
Какие операции поддерживает за O(log n) дерево Фенвика (binary indexed tree) над массивом из n чисел?
AСортировку массива и двоичный поиск
BЗапросы префиксных сумм и обновления отдельного элемента
CПоиск медианы за O(1)
DВставку элементов в любую позицию
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
С помощью алгоритма Дейкстры найдите длину d(G) кратчайшего пути от A до G во взвешенном графе.
начало: Aконец: G
d(G) =
15.Базы данных и SQLСредняя
В таблице есть строки, где col равен NULL. Какие строки возвращает WHERE col = NULL?
AНикаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
BТолько строки, где col равен NULL, как при IS NULL
CВсе строки таблицы
DОшибку в любой базе данных
16.Базы данных и SQLСложная
Даны функциональные зависимости A → B, B → C и C → D на R(A, B, C, D). Каково замыкание A+?
A{A, B, C, D}
B{A}
C{A, B}
D{A, B, C}
17.Компьютерные сетиСредняя
Какой диапазон номеров портов TCP/UDP зарезервирован как «общеизвестные» (well-known) порты?
A49152–65535
B1024–49151
C0–1023
D0–65535
18.Компьютерные сетиСложная
Почему IPv6 не нуждается в NAT из-за нехватки адресов?
AIPv6 шифрует все адреса
BIPv6 работает только в локальных сетях, поэтому адреса никогда не нужно делать глобальными
CIPv6 не использует адреса
DЕго 128-битное адресное пространство достаточно велико, чтобы каждое устройство получило глобальный адрес
19.Подсети IPv4Средняя
Сеть 192.168.208.0/24 разделена на подсети /28, пронумерованные 1, 2, 3, … начиная с младшего адреса (подсеть 1 начинается с .0). Чему равен четвёртый октет x широковещательного адреса подсети 8?
192.168.208.0/24/28подсеть 8 (подсеть 1 начинается с .0)
x =
20.Подсети IPv4Сложная
Узел имеет адрес 10.20.203.75/30. Каково последнее число (четвёртый октет) x широковещательного адреса его подсети?
10.20.203.75/30
x =
3Растворы
1.Системы счисления
Ответ: U = 235
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
21 = 0001 0101
инвертировано: 1110 1010
+1 → 1110 1011
Прочитайте как беззнаковое
1110 1011₂ = 256 − 21 = 235
Ответ
U = 235
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
512·512·24 = 6291456 bit = 786432 B
Переведите в KiB
786432/1024 = 768 KiB
Ответ
M = 768 KiB
3.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ¬b → ¬a
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
Импликация эквивалентна своей контрапозиции ¬b → ¬a, а не обратному утверждению b → a и не противоположному ¬a → ¬b.
a → b ≡ ¬b → ¬a
Проверка по таблице истинности
a = 1, b = 1: 1 | 1 0 1 1
a = 1, b = 0: 0 | 0 0 1 1
a = 0, b = 1: 1 | 1 0 0 0
a = 0, b = 0: 1 | 1 1 1 1
Ответ
¬b → ¬a
Столбцы после черты — варианты ответа в показанном порядке.
4.Логика высказываний и доказательства
Ответ: ∀x ¬A(x)
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.
Перенесите отрицание внутрь
¬∃x A(x) ≡ ∀x ¬A(x)
Ответ
∀x ¬A(x)
Остальные варианты либо оставляют какой-то квантор без изменения, либо меняют порядок кванторов, либо неверно отрицают внутреннюю формулу.
5.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: N = 2
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.
(B + C′)
(A + B′ + C)
Минимальная форма POS
F = (B + C′)(A + B′ + C)
N = 2
Ответ
N = 2
6.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры
Ответ: Q = 2
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 16 импульсов возвращают счётчик в то же состояние.
43 = 2·16 + 11
Значение после оставшихся импульсов
Q = (7 + 11) mod 16 = 2
Q = 0010₂
Ответ
Q = 2
7.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: x = 22
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).
Обратный к 15
r = 23, t = 0
r = 15, q = 1, t = 1
r = 8, q = 1, t = −1
r = 7, q = 1, t = 2
r = 1, q = 7, t = −3
15−1 ≡ 20 (mod 23)
Решите
x ≡ 20·8 = 160 ≡ 22 (mod 23)
проверка: 15·22 = 330 ≡ 8 (mod 23)
Ответ
x = 22
8.Теория чисел и модульная арифметика
Ответ: 968 mod 17 = 16
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.
Двоичный показатель
68 = 10001002 = 64 + 4
Многократное возведение в квадрат
91 ≡ 9 (mod 17)
92 ≡ 13 (mod 17)
94 ≡ 16 (mod 17)
98 ≡ 1 (mod 17)
916 ≡ 1 (mod 17)
932 ≡ 1 (mod 17)
964 ≡ 1 (mod 17)
Перемножьте нужные степени
968 ≡ 16·1 ≡ 16 (mod 17)
Ответ
968 mod 17 = 16
9.Алгоритмы и сложность
Ответ: A · O(n²)
Почему это ответ
При постоянно неудачном выборе опорных элементов (например, уже отсортированные данные и первый элемент в качестве опорного) разбиения получаются несбалансированными, что даёт O(n²). В среднем случае сложность составляет O(n log n).
Ответ
A · O(n²)
10.Алгоритмы и сложность
Ответ: B · Нет, потому что 22n = 4ⁿ, а 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ растёт неограниченно
Почему это ответ
Константа, прибавленная к показателю, даёт постоянный множитель, а константа, умножающая показатель, меняет основание и скорость роста.
Ответ
B · Нет, потому что 22n = 4ⁿ, а 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ растёт неограниченно
11.Структуры данных
Ответ: D · В индексе ⌊(i − 1) / 2⌋
Почему это ответ
Потомки i находятся в 2i + 1 и 2i + 2, поэтому родитель i — в ⌊(i − 1) / 2⌋; при индексации с 1 это ⌊i / 2⌋.
Ответ
D · В индексе ⌊(i − 1) / 2⌋
12.Структуры данных
Ответ: B · Запросы префиксных сумм и обновления отдельного элемента
Почему это ответ
Дерево Фенвика хранит частичные суммы по диапазонам, определяемым младшими битами каждого индекса, поэтому и префиксные суммы, и точечные обновления занимают O(log n).
Ответ
B · Запросы префиксных сумм и обновления отдельного элемента
13.Теория графов
Ответ: ни то, ни другое
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: 13, C: 5
C (5): E: 14
B (13): D: 22, G: 23
E (14): F: 21, G: 15
G (15)
F (21)
D (22)
Кратчайший путь
A → C → E → G
d(G) = 15
Ответ
d(G) = 15
15.Базы данных и SQL
Ответ: A · Никаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
Почему это ответ
Любое сравнение с NULL через = даёт UNKNOWN, а WHERE оставляет только строки с TRUE; вместо этого используйте col IS NULL.
Ответ
A · Никаких строк, потому что результат сравнения неизвестен
16.Базы данных и SQL
Ответ: A · {A, B, C, D}
Почему это ответ
Начните с A, добавьте B (A → B), затем C (B → C), затем D (C → D); поскольку A+ содержит все атрибуты, A — ключ.
Ответ
A · {A, B, C, D}
17.Компьютерные сети
Ответ: C · 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
C · 0–1023
18.Компьютерные сети
Ответ: D · Его 128-битное адресное пространство достаточно велико, чтобы каждое устройство получило глобальный адрес
Почему это ответ
В IPv6 около 3,4 × 10³⁸ адресов, поэтому дефицит, из-за которого в IPv4 появился NAT, исчезает; безопасность по-прежнему обеспечивают межсетевые экраны.
Ответ
D · Его 128-битное адресное пространство достаточно велико, чтобы каждое устройство получило глобальный адрес
19.Подсети IPv4
Ответ: x = 127
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
24 = 16
Подсеть номер 8
сеть: (8 − 1)·16 = 112
широковещательный: 112 + 16 − 1 = 127
Ответ
x = 127
20.Подсети IPv4
Ответ: x = 75
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).