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

В отсортированном массиве вы ищете два элемента с заданной суммой, двигая по одному указателю с каждого конца внутрь. Какова временна́я сложность?

  1. AO(n)
  2. BO(n²)
  3. CO(log n)
  4. DO(n log n)
2.Алгоритмы и сложностьСложная

Как классифицируется задача коммивояжёра?

  1. AОна лежит в P, потому что её решает алгоритм Дейкстры, посещая каждый город один раз
  2. BОна неразрешима
  3. CВерсия распознавания лежит в P, а оптимизационная NP-полна
  4. DВерсия распознавания NP-полна, а оптимизационная версия NP-трудна
3.Структуры данныхСредняя

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

  1. A2i + 1
  2. B(i − 1) mod n
  3. C(i + 1) mod n
  4. Di + 1
4.Структуры данныхСложная

Какая структура данных обеспечивает кэш LRU (least recently used) с операциями get и put за O(1)?

  1. AХеш-таблица в сочетании с двусвязным списком
  2. BОдин отсортированный массив
  3. CТолько стек
  4. DТолько двоичное дерево поиска
5.Теория графовСредняя

Сколько различных гамильтоновых циклов, H, в полном графе K7? Циклы, отличающиеся только начальной вершиной или направлением, считаются одним и тем же.

K7
H =
6.Теория графовСложная
ABCDEF

Сколько существует замкнутых маршрутов длины 3, начинающихся и заканчивающихся в A? Маршрут может повторять вершины и рёбра. Обозначим это число N.

M = матрица смежностиL = 3
N =

3Растворы

1.Алгоритмы и сложность

Ответ: A · O(n)

Почему это ответ

Если сумма слишком мала, левый указатель сдвигается вправо, если слишком велика — правый влево, поэтому шагов не больше n.

Ответ

A · O(n)
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: D · Версия распознавания NP-полна, а оптимизационная версия NP-трудна

Почему это ответ

«Есть ли обход длиной не более k?» — NP-полная задача; поиск кратчайшего обхода NP-труден, так как он не легче.

Ответ

D · Версия распознавания NP-полна, а оптимизационная версия NP-трудна
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: A · Хеш-таблица в сочетании с двусвязным списком

Почему это ответ

Хеш-таблица находит узлы за O(1), а двусвязный список перемещает использованные элементы в начало и удаляет с конца за O(1).

Ответ

A · Хеш-таблица в сочетании с двусвязным списком
5.Теория графов

Ответ: H = 360

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 = (7 − 1)!/2 = 720/2 = 360

Ответ

H = 360
6.Теория графов

Ответ: N = 2

Степени: степень вершины — это число рёбер, которые в ней сходятся. У каждого ребра два конца, поэтому степени в сумме дают удвоенное число рёбер: Σ deg(v) = 2|E| (лемма о рукопожатиях). Следовательно, число вершин нечётной степени чётно. У Kn имеется n(n − 1)/2 рёбер, у k-регулярного графа на n вершинах nk/2, а у дерева на n вершинах n − 1 ребро.

Матрица смежности

A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 1 1 1 0
C: 1 1 0 0 0 0
D: 0 1 0 0 1 1
E: 0 1 0 1 0 1
F: 0 0 0 1 1 0

Ещё один шаг

(M³)AA = 2·0 + 1·1 + 1·1 + 1·0 + 1·0 + 0·0 = 2

Ответ

N = 2

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