Алгоритмы и структуры данных: шпаргалка-пакет

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

Новые задачи Назад 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(K_n)| = n(n − 1)/2, |E(K_m,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 K_n: (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).

2Тренировочные задачи

1.Алгоритмы и сложностьСредняя

Временная сложность наивного рекурсивного вычисления чисел Фибоначчи (fib(n) = fib(n−1) + fib(n−2)) является:

AЭкспоненциальной
BЛогарифмической
CЛинейной
DКонстантной

2.Алгоритмы и сложностьСложная

Какова временна́я сложность: for i = 1 to n: for (j = i; j ≤ n; j = j + i) выполнить работу O(1)?

AO(n²)
BO(n)
CO(n √n)
DO(n log n)

3.Структуры данныхСредняя

Как в кольцевой очереди, хранящейся в массиве ёмкостью n, вычисляется следующая позиция после индекса i?

A2i + 1
B(i − 1) mod n
C(i + 1) mod n
Di + 1

4.Структуры данныхСложная

Дерево отрезков (segment tree) обычно используют для:

AСортировки строк по алфавиту путём хранения каждого префикса в отдельном узле дерева
BОтветов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log n)
CХранения рёбер графа
DРеализации стека

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

С помощью алгоритма Дейкстры найдите длину d(F) кратчайшего пути от A до F во взвешенном графе.

начало: Aконец: F

d(F) =

3Растворы

1.Алгоритмы и сложность

Ответ: A · Экспоненциальной

Почему это ответ

Дерево вызовов растёт примерно как φⁿ (около 1,618ⁿ). Мемоизация снижает сложность до O(n).

Ответ

A · Экспоненциальной

2.Алгоритмы и сложность

Ответ: D · O(n log n)

Почему это ответ

Итог равен n / 1 + n / 2 + ... + n / n = n × H_n, а гармоническое число H_n есть Θ(log n).

Ответ

D · O(n log n)

3.Структуры данных

Ответ: C · (i + 1) mod n

Почему это ответ

Операция взятия по модулю переводит индекс n − 1 обратно в 0, поэтому массив используется повторно без сдвига элементов.

Ответ

C · (i + 1) mod n

4.Структуры данных

Ответ: B · Ответов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log n)

Почему это ответ

Дерево отрезков хранит агрегаты для отрезков, поддерживая запросы на диапазонах и точечные обновления за время O(log n).

Ответ

B · Ответов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log n)

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 K_n 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: d(F) = 13

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: 7, C: 1

C (1): E: 12, G: 16

B (7): D: 16, G: 13

E (12): F: 13

F (13)

G (13)

D (16)

Кратчайший путь

A → C → E → F

d(F) = 13

Ответ

d(F) = 13

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