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

Какова амортизированная временная сложность добавления элемента в конец динамического массива, который удваивает свою ёмкость при заполнении?

  1. AO(n²)
  2. BO(n)
  3. CO(1)
  4. DO(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. BВерсия распознавания NP-полна, а оптимизационная версия NP-трудна
  3. CВерсия распознавания лежит в P, а оптимизационная NP-полна
  4. DОна неразрешима
3.Структуры данныхСредняя

У узла двоичного дерева поиска есть правое поддерево. Где находится его in-order преемник?

  1. AСамый правый узел его левого поддерева
  2. BВсегда его правый потомок
  3. CВсегда его родитель
  4. DСамый левый узел его правого поддерева
4.Структуры данныхСложная

В чём главное преимущество списка с пропусками (skip list) перед отсортированным связным списком?

  1. AГарантированный поиск за O(1), потому что каждый узел хранит указатель на каждый другой узел
  2. BОжидаемый поиск за O(log n) благодаря нескольким уровням указателей вперёд
  3. CОн хранит ключи без упорядочения
  4. DОн не использует дополнительной памяти
5.Теория графовСредняя

Связный граф имеет 10 вершин и 18 рёбер. Сколько рёбер, k, нужно удалить, чтобы осталось остовное дерево?

|V| = 10|E| = 18
k =
6.Теория графовСложная
4171315361ABCDEF

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: C · O(1)

Почему это ответ

Копирование всех элементов происходит только на степенях двойки; если распределить эти затраты на все добавления, средняя стоимость одного добавления постоянна.

Ответ

C · O(1)
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: B · 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

B · Версия распознавания NP-полна, а оптимизационная версия NP-трудна
3.Структуры данных

Ответ: D · Самый левый узел его правого поддерева

Почему это ответ

Все ближайшие большие ключи находятся в правом поддереве узла, а наименьший из них — самый левый узел там.

Ответ

D · Самый левый узел его правого поддерева
4.Структуры данных

Ответ: B · Ожидаемый поиск за O(log n) благодаря нескольким уровням указателей вперёд

Почему это ответ

Случайные уровни позволяют поиску пропускать много узлов, что даёт ожидаемую сложность O(log n) для поиска, вставки и удаления.

Ответ

B · Ожидаемый поиск за O(log n) благодаря нескольким уровням указателей вперёд
5.Теория графов

Ответ: k = 9

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.

Рёбра остовного дерева

10 − 1 = 9

Рёбра для удаления

k = 18 − 9 = 9

Ответ

k = 9
6.Теория графов

Ответ: d(F) = 11

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: 4, C: 1
C (1): E: 16
B (4): D: 17, E: 5
E (5): F: 11
F (11): D: 14
D (14)

Кратчайший путь

A → B → E → F
d(F) = 11

Ответ

d(F) = 11

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