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

Каково решение рекуррентного соотношения T(n) = T(n/2) + O(1)?

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

Какова временна́я сложность: for i = 1 to n: for (j = i; j ≤ n; j = j + i) выполнить работу O(1)?

  1. AO(n)
  2. BO(n log n)
  3. CO(n²)
  4. DO(n √n)
3.Структуры данныхСредняя

Какое условие балансировки поддерживает АВЛ-дерево в каждом узле?

  1. AВсе листья находятся ровно на одной глубине
  2. BКаждый узел окрашен в красный или чёрный цвет
  3. CВысоты левого и правого поддеревьев различаются не более чем на 1
  4. DОба поддерева каждого узла содержат ровно одинаковое число узлов
4.Структуры данныхСложная

Каковы затраты времени и дополнительной памяти на разворот односвязного списка на месте?

  1. AO(1) времени и O(1) дополнительной памяти
  2. BO(n log n) времени и O(1) дополнительной памяти
  3. CO(n) времени и O(1) дополнительной памяти
  4. DO(n) времени и O(n) дополнительной памяти
5.Теория графовСредняя
ABCDEFGЭйлеров циклЭйлеров путь, не циклни то, ни другое

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

|V| = 7|E| = 12
  1. 1Эйлеров цикл
  2. 2Эйлеров путь, не цикл
  3. 3ни то, ни другое
6.Теория графовСложная
11579151413102ABCDEFG

Алгоритм Дейкстры запускается из A. Нажмите на вершину, которая фиксируется (становится постоянной) на шаге 4; сама A фиксируется на шаге 1.

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

3Растворы

1.Алгоритмы и сложность

Ответ: A · O(log n)

Почему это ответ

Задача на каждом шаге уменьшается вдвое при постоянной работе на шаг, поэтому шагов около log₂ n.

Ответ

A · O(log n)
2.Алгоритмы и сложность

Ответ: B · O(n log n)

Почему это ответ

Итог равен n / 1 + n / 2 + ... + n / n = n × Hn, а гармоническое число Hn есть Θ(log n).

Ответ

B · O(n log n)
3.Структуры данных

Ответ: C · Высоты левого и правого поддеревьев различаются не более чем на 1

Почему это ответ

Показатель сбалансированности (высота левого − высота правого) должен быть −1, 0 или 1; повороты восстанавливают его после вставок и удалений.

Ответ

C · Высоты левого и правого поддеревьев различаются не более чем на 1
4.Структуры данных

Ответ: C · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти

Почему это ответ

Три указателя (предыдущий, текущий, следующий) позволяют развернуть каждую связь за один проход без выделения новых узлов.

Ответ

C · O(n) времени и O(1) дополнительной памяти
5.Теория графов

Ответ: Эйлеров цикл

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.

Степени

deg(A) = 2, deg(B) = 4, deg(C) = 4, deg(D) = 4, deg(E) = 4, deg(F) = 2, deg(G) = 4

Нечётные вершины

0
Эйлеров цикл

Ответ

Эйлеров цикл
6.Теория графов

Ответ: G

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: 5
2. C (5): G: 15
3. B (11): D: 20
4. G (15): D: 17
5. D (17): E: 32
6. E (32): F: 46
7. F (46)

шаг 4

G

Ответ

G

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