Алгоритмы и структуры данных: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (6) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

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

  1. Запишите степень каждой вершины; сумма степеней равна удвоенному числу рёбер.
  2. В задачах об эйлеровых путях проверьте, что граф связный, и посчитайте вершины нечётной степени.
  3. Для деревьев используйте n − 1 ребро и лемму о рукопожатиях.
  4. В алгоритме Дейкстры ведите таблицу предварительных расстояний и на каждом шаге фиксируйте нефиксированную вершину с наименьшим расстоянием.
  5. Для минимального остовного дерева отсортируйте рёбра по весу и пропускайте каждое ребро, замыкающее цикл (Краскал), либо растите одно дерево из начальной вершины (Прим).

2Тренировочные задачи

1.Алгоритмы и сложностьСредняя

Верно ли утверждать, что алгоритм O(n²) также является O(n³)?

  1. AНет, потому что O большое всегда должно указывать точную скорость роста функции
  2. BДа, но только если n меньше 100
  3. CДа, потому что O большое — верхняя граница, а n² растёт не быстрее n³
  4. DНет, потому что при больших n значение n³ меньше n²
2.Алгоритмы и сложностьСложная

Кратчайшие простые пути можно найти за полиномиальное время. Что известно о поиске самого длинного простого пути между двумя вершинами в произвольном графе?

  1. AЕё можно решить алгоритмом Дейкстры с отрицательными весами
  2. BОна всегда решается за O(V + E)
  3. CЭто NP-трудная задача
  4. DОна неразрешима
3.Структуры данныхСредняя

Сколько узлов в идеальном (perfect) двоичном дереве высоты h, если высота считается в рёбрах?

  1. A2h + 1
  2. B2h+1 − 1
  3. Ch2
  4. D2h
4.Структуры данныхСложная

Почему базы данных часто используют для индексов B+ деревья, а не обычные B-деревья?

  1. AB+ деревья используют двоичные внутренние узлы, что сокращает число чтений с диска
  2. BB+ деревья не нужно балансировать
  3. CB+ деревья хранят данные только в корне
  4. DВсе записи находятся в связанных листьях, что делает сканирование диапазонов эффективным
5.Теория графовСредняя

Сколько различных гамильтоновых циклов, H, в полном графе K4? Циклы, отличающиеся только начальной вершиной или направлением, считаются одним и тем же.

K4
H =
6.Теория графовСложная
181659141194ABCDEF

Найдите суммарный вес W минимального остовного дерева взвешенного графа.

|V| = 6|E| = 8
W =

3Растворы

1.Алгоритмы и сложность

Ответ: C · Да, потому что O большое — верхняя граница, а n² растёт не быстрее n³

Почему это ответ

O большое — верхняя граница, поэтому утверждение верно, но не точно; Θ(n²) указывает точную скорость роста.

Ответ

C · Да, потому что O большое — верхняя граница, а n² растёт не быстрее n³
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: C · Это NP-трудная задача

Почему это ответ

Самый длинный простой путь длины V − 1 — гамильтонов путь, а это NP-полная задача; однако на ориентированных ациклических графах она решается за линейное время.

Ответ

C · Это NP-трудная задача
3.Структуры данных

Ответ: B · 2h+1 − 1

Почему это ответ

Сумма 1 + 2 + 4 + ... + 2h равна 2h+1 − 1; например, высота 2 даёт 7 узлов.

Ответ

B · 2h+1 − 1
4.Структуры данных

Ответ: D · Все записи находятся в связанных листьях, что делает сканирование диапазонов эффективным

Почему это ответ

В B+ дереве внутренние узлы только направляют поиск, а листья связаны в порядке ключей, поэтому запрос по диапазону находит первый ключ и затем идёт по листьям.

Ответ

D · Все записи находятся в связанных листьях, что делает сканирование диапазонов эффективным
5.Теория графов

Ответ: H = 3

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 = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3

Ответ

H = 3
6.Теория графов

Ответ: W = 45

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

DE (1): берём
BE (4): берём
BC (5): берём
BD (9): пропускаем, замыкает цикл
CE (14): пропускаем, замыкает цикл
AC (16): берём
AB (18): пропускаем, замыкает цикл
DF (19): берём

Суммарный вес

W = 1 + 4 + 5 + 16 + 19 = 45

Ответ

W = 45

ExamProblems · examproblems.com/courses/data-structures-and-algorithms