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 временна́я сложность стандартного алгоритма динамического программирования для наибольшей общей подпоследовательности строк длиной m и n?

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

Почему алгоритм Дейкстры может давать неверные результаты, если некоторые веса рёбер отрицательны?

  1. AОн работает только на неориентированных графах
  2. BНа каждом отрицательном ребре он зацикливается
  3. CВершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь
  4. DОтрицательные числа нельзя хранить в очереди с приоритетом
3.Структуры данныхСредняя

Почему двоичную кучу можно хранить в массиве без каких-либо указателей?

  1. AМассивы автоматически хранят ключи в отсортированном порядке, поэтому указатели не нужны
  2. BЭто полное двоичное дерево, поэтому позиции подчиняются простым формулам индексов
  3. CВ кучах никогда не бывает больше 100 элементов
  4. DВсе ключи в куче равны
4.Структуры данныхСложная

Алгоритм Кана для топологической сортировки многократно удаляет вершины с полустепенью захода 0. Какая структура хранит эти вершины?

  1. AМатрица смежности, фиксирующая, какие вершины уже удалены
  2. BMax-куча, упорядоченная по полустепени исхода
  3. CСтек всех посещённых рёбер
  4. DОчередь (или любая коллекция) вершин с полустепенью захода 0
5.Теория графовСредняя

Связный граф имеет 6 вершин и 7 рёбер. Сколько рёбер, k, нужно удалить, чтобы осталось остовное дерево?

|V| = 6|E| = 7
k =
6.Теория графовСложная
21426385144ABCDEFG

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: B · O(mn)

Почему это ответ

В таблице (m + 1)(n + 1) ячеек, и каждая вычисляется за O(1) из соседних.

Ответ

B · O(mn)
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: C · Вершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь

Почему это ответ

Жадный шаг опирается на неотрицательные веса, чтобы извлечённые расстояния были окончательными; когда веса могут быть отрицательными, применяют Беллмана–Форда.

Ответ

C · Вершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь
3.Структуры данных

Ответ: B · Это полное двоичное дерево, поэтому позиции подчиняются простым формулам индексов

Почему это ответ

Полнота означает отсутствие пропусков, поэтому потомки индекса i всегда находятся в 2i + 1 и 2i + 2.

Ответ

B · Это полное двоичное дерево, поэтому позиции подчиняются простым формулам индексов
4.Структуры данных

Ответ: D · Очередь (или любая коллекция) вершин с полустепенью захода 0

Почему это ответ

Готовые вершины хранятся в очереди; удаление одной уменьшает полустепени захода её соседей, и те, у которых она стала 0, добавляются, что даёт время O(V + E).

Ответ

D · Очередь (или любая коллекция) вершин с полустепенью захода 0
5.Теория графов

Ответ: k = 2

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

6 − 1 = 5

Рёбра для удаления

k = 7 − 5 = 2

Ответ

k = 2
6.Теория графов

Ответ: d(F) = 16

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): C: 2
C (2): B: 16, E: 8, G: 16
E (8): F: 16
B (16): D: 18
F (16)
G (16)
D (18)

Кратчайший путь

A → C → E → F
d(F) = 16

Ответ

d(F) = 16

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