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

Динамическое программирование полезно, когда у задачи есть:

  1. AТолько случайные входные данные
  2. BПерекрывающиеся подзадачи и оптимальная подструктура
  3. CВообще никаких подзадач, поэтому её можно решить за один шаг
  4. DОдин цикл
2.Алгоритмы и сложностьСложная

Проблема остановки показывает, что:

  1. AНикакой алгоритм не может для каждой программы и входных данных определить, остановится ли она
  2. BЦиклов следует избегать
  3. CНекоторые программы работают быстрее на более быстрых компьютерах, поэтому остановка зависит от оборудования
  4. DКаждая программа в конце концов останавливается
3.Структуры данныхСредняя

Что верно для матрицы смежности неориентированного графа?

  1. AОна всегда верхнетреугольная
  2. BНа её главной диагонали всегда стоят единицы
  3. CОна симметрична относительно главной диагонали
  4. DВ каждой строке ровно одна 1
4.Структуры данныхСложная

Дерево отрезков (segment tree) обычно используют для:

  1. AОтветов на запросы на диапазонах (например, суммы диапазонов) и обновлений за O(log n)
  2. BСортировки строк по алфавиту путём хранения каждого префикса в отдельном узле дерева
  3. CРеализации стека
  4. DХранения рёбер графа
5.Теория графовСредняя

Связный граф имеет 11 вершин и 12 рёбер. Сколько рёбер, k, нужно удалить, чтобы осталось остовное дерево?

|V| = 11|E| = 12
k =
6.Теория графовСложная
714143411465ABCDEFG

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 · Перекрывающиеся подзадачи и оптимальная подструктура

Почему это ответ

Сохранение результатов перекрывающихся подзадач (мемоизация или табуляция) позволяет избежать повторной работы и превращает экспоненциальные алгоритмы в полиномиальные.

Ответ

B · Перекрывающиеся подзадачи и оптимальная подструктура
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: A · Никакой алгоритм не может для каждой программы и входных данных определить, остановится ли она

Почему это ответ

Тьюринг показал, что проблема остановки неразрешима: предположение о существовании разрешающего алгоритма приводит к противоречию с программой, которая поступает наоборот.

Ответ

A · Никакой алгоритм не может для каждой программы и входных данных определить, остановится ли она
3.Структуры данных

Ответ: C · Она симметрична относительно главной диагонали

Почему это ответ

В неориентированном графе ребро {u, v} означает, что установлены и M[u][v], и M[v][u], поэтому матрица равна своей транспонированной.

Ответ

C · Она симметрична относительно главной диагонали
4.Структуры данных

Ответ: A · 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

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

11 − 1 = 10

Рёбра для удаления

k = 12 − 10 = 2

Ответ

k = 2
6.Теория графов

Ответ: d(F) = 22

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
B (7): C: 21, D: 21, G: 21
C (21): E: 24
D (21): F: 22
G (21)
F (22)
E (24)

Кратчайший путь

A → B → D → F
d(F) = 22

Ответ

d(F) = 22

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