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

Какое утверждение о рекурсивной функции без достижимого базового случая верно?

  1. AКомпилятор всегда превращает её в цикл, который безопасно завершается
  2. BОна работает за время O(1)
  3. CОна продолжает вызывать себя, пока не переполнится стек вызовов
  4. DОна автоматически возвращает 0
2.Алгоритмы и сложностьСложная

Как соотносятся n! и 2ⁿ при больших n?

  1. An! есть O(n²)
  2. B2ⁿ растёт быстрее n!
  3. Cn! растёт быстрее 2ⁿ
  4. DОни растут с одинаковой скоростью
3.Структуры данныхСредняя

Хеш-таблица размера 7 использует h(k) = k mod 7 и линейное пробирование. Где окажется 17 после вставки 10?

  1. AВ индексе 4
  2. BВ индексе 3
  3. CВ индексе 6
  4. DВ индексе 0
4.Структуры данныхСложная

Какому свойству должно удовлетворять красно-чёрное дерево?

  1. AУ каждого красного узла должны быть красные потомки, поэтому красные узлы всегда образуют непрерывные цепочки до листьев
  2. BКорень должен быть красным
  3. CКаждый путь от узла до его листьев-потомков содержит одинаковое число чёрных узлов
  4. DКаждый узел должен быть красным
5.Теория графовСредняя

У дерева 2 вершин степени 4, а все остальные его вершины — листья (степень 1). Сколько у него листьев, L?

2 × deg 4
L =
6.Теория графовСложная
11101592861510ABCDEFG

Алгоритм Дейкстры запускается из A. Нажмите на вершину, которая фиксируется (становится постоянной) на шаге 6; сама A фиксируется на шаге 1.

начало: Aшаг 6
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F
  7. 7G

3Растворы

1.Алгоритмы и сложность

Ответ: C · Она продолжает вызывать себя, пока не переполнится стек вызовов

Почему это ответ

Без базового случая рекурсия никогда не останавливается; на практике память для кадров стека заканчивается, и программа аварийно завершается.

Ответ

C · Она продолжает вызывать себя, пока не переполнится стек вызовов
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: C · n! растёт быстрее 2ⁿ

Почему это ответ

При n ≥ 4 n! превышает 2ⁿ, и отношение растёт неограниченно, потому что каждый новый множитель n! больше 2.

Ответ

C · n! растёт быстрее 2ⁿ
3.Структуры данных

Ответ: A · В индексе 4

Почему это ответ

10 mod 7 = 3 и 17 mod 7 = 3; индекс 3 занят, поэтому линейное пробирование пробует следующую ячейку — индекс 4.

Ответ

A · В индексе 4
4.Структуры данных

Ответ: C · Каждый путь от узла до его листьев-потомков содержит одинаковое число чёрных узлов

Почему это ответ

Правила красно-чёрного дерева: узлы красные или чёрные, корень чёрный, потомки красных узлов чёрные, а все пути имеют одинаковую чёрную высоту, что удерживает высоту ≤ 2 log₂(n + 1).

Ответ

C · Каждый путь от узла до его листьев-потомков содержит одинаковое число чёрных узлов
5.Теория графов

Ответ: L = 6

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.

Лемма о рукопожатиях для дерева

L + 8 = 2(L + 2) − 2
L = 6

Ответ

L = 6

Короткий путь: L = 2 + Σ (d − 2) по вершинам степени d ≥ 3.

6.Теория графов

Ответ: D

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

1. A (0): B: 11, C: 10
2. C (10): E: 12
3. B (11): D: 20, G: 26
4. E (12): F: 18
5. F (18)
6. D (20)
7. G (26)

шаг 6

D

Ответ

D

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