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

Быстрая сортировка всегда берёт в качестве опорного первый элемент. На каком входе проявляется её поведение в худшем случае?

AНа массиве, все элементы которого различны
BНа уже отсортированном массиве
CНа массиве длины 2
DНа массиве в случайном порядке

2.Алгоритмы и сложностьСложная

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

AОн работает только на неориентированных графах
BОтрицательные числа нельзя хранить в очереди с приоритетом
CНа каждом отрицательном ребре он зацикливается
DВершина фиксируется при извлечении, но позже отрицательное ребро ещё может дать ей более короткий путь

3.Структуры данныхСредняя

Что происходит, когда хеш-таблица выполняет рехеширование после превышения порога коэффициента заполнения?

AВыделяется таблица большего размера, и каждый ключ вставляется заново
BСуществующие ключи сортируются на месте
CВ новый список переполнения в конце таблицы переносятся только конфликтующие ключи
DСамые старые ключи удаляются, чтобы освободить место

4.Структуры данныхСложная

Что делает косое дерево (splay tree) после каждого обращения?

AПеремещает узел, к которому обращались, в лист
BПерекрашивает узлы на пути поиска
CПоворотами поднимает узел, к которому обращались, в корень
DПерестраивает всё дерево в сбалансированном виде

5.Теория графовСредняя

Есть ли в связном графе эйлеров цикл, эйлеров путь, не являющийся циклом, или ни то ни другое? Нажмите на ваш ответ.

|V| = 5|E| = 6

1Эйлеров цикл
2Эйлеров путь, не цикл
3ни то, ни другое

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: B · На уже отсортированном массиве

Почему это ответ

На отсортированном входе опорный элемент всегда минимален, поэтому одна часть пуста, а в другой n − 1 элемент, что даёт O(n²).

Ответ

B · На уже отсортированном массиве

2.Алгоритмы и сложность

Ответ: D · 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

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

3.Структуры данных

Ответ: A · Выделяется таблица большего размера, и каждый ключ вставляется заново

Почему это ответ

Поскольку индекс вычисляется по модулю размера таблицы, все ключи нужно заново хешировать в новую, большую таблицу; при удвоении это остаётся O(1) амортизированно.

Ответ

A · Выделяется таблица большего размера, и каждый ключ вставляется заново

4.Структуры данных

Ответ: C · Поворотами поднимает узел, к которому обращались, в корень

Почему это ответ

Splay-операция поворотами перемещает узел, к которому обращались, в корень; одна операция может стоить O(n), но амортизированная стоимость — O(log n).

Ответ

C · Поворотами поднимает узел, к которому обращались, в корень

5.Теория графов

Ответ: ни то, ни другое

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.

Степени

deg(A) = 2, deg(B) = 3, deg(C) = 3, deg(D) = 1, deg(E) = 3

Нечётные вершины

B, C, D, E → 4

ни то, ни другое

Ответ

ни то, ни другое

6.Теория графов

Ответ: d(F) = 33

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: 13, C: 15

B (13): D: 24

C (15): E: 23

E (23): F: 38

D (24): F: 33

F (33)

Кратчайший путь

A → B → D → F

d(F) = 33

Ответ

d(F) = 33

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