พื้นฐานวิทยาการคอมพิวเตอร์: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 20 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

ระบบเลข

ค่าประจำตำแหน่ง: ฐานสอง 2^k, ฐานแปด 8^k, ฐานสิบหก 16^k
เป็นเลขฐานสิบ: Σ d_k·b^k
จากเลขฐานสิบ: หารด้วยฐาน อ่านเศษจากล่างขึ้นบน
ฐานสิบหก ↔ ฐานสอง: เลขฐานสิบหกหนึ่งหลัก = 4 บิต
two’s complement: กลับบิตแล้วบวก 1

ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์

แถวของตารางค่าความจริง: 2ⁿ
นัยสำคัญ (ถ้า–แล้ว): p → q ≡ ¬p ∨ q ≡ ¬q → ¬p
นิเสธของนัย: ¬(p → q) ≡ p ∧ ¬q
เงื่อนไขสองทาง: p ↔ q ≡ (p → q) ∧ (q → p)
กฎของเดอมอร์แกน: ¬(p ∧ q) ≡ ¬p ∨ ¬q, ¬(p ∨ q) ≡ ¬p ∧ ¬q
กฎการแจกแจง: p ∨ (q ∧ r) ≡ (p ∨ q) ∧ (p ∨ r), p ∧ (q ∨ r) ≡ (p ∧ q) ∨ (p ∧ r)
นิเสธของตัวบ่งปริมาณ: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x), ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)
โมดัสโพเนนส์ โมดัสโทลเลนส์: p → q, p ⊢ q; p → q, ¬q ⊢ ¬p

วิธีการ

นับจำนวนตัวแปรที่ต่างกัน ตารางค่าความจริงมี 2ⁿ แถว โดยเริ่มจากแถวที่ทุกตัวเป็น 1
ให้ทุกประพจน์ย่อยมีคอลัมน์ของตัวเอง และเติมคอลัมน์จากด้านในออกมาด้านนอก
ใช้กฎของตัวเชื่อมแต่ละตัว: → เป็น 0 เฉพาะเมื่อ 1 → 0 และ ↔ เป็น 1 เมื่อทั้งสองข้างมีค่าเท่ากัน
สำหรับความสมมูล ให้เปรียบเทียบคอลัมน์สุดท้ายทีละแถว สำหรับการอ้างเหตุผล ให้ดูเฉพาะแถวที่ทุกสมมติฐานเป็น 1
การหานิเสธของข้อความที่มีตัวบ่งปริมาณ ให้ย้าย ¬ เข้าไปด้านใน สลับ ∀ กับ ∃ และใส่นิเสธให้สูตรด้านใน

ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อป

เกตพื้นฐาน: A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
กฎของพีชคณิตแบบบูล: X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
กฎของเดอมอร์แกน: (X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
ลำดับของแผนที่คาร์โนห์: 00, 01, 11, 10 (Gray code)
กลุ่มของ 2ᵏ เซลล์: สูญเสีย k ตัวแปร
มัลติเพล็กเซอร์ 4 ต่อ 1: F = A′B′I₀ + A′BI₁ + AB′I₂ + ABI₃
ฟลิปฟล็อป: D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
ตัวนับ: n บิต: 2ⁿ สถานะ; มอด N: n ที่น้อยที่สุดที่ 2ⁿ ≥ N; f_out = f_clk/N
ตัวนับริปเปิล: f_max = 1/(n·t_pd)
ตัวนับริงและตัวนับจอห์นสัน: n และ 2n สถานะ

วิธีการ

สำหรับวงจร ให้ทำจากอินพุตไปถึงเอาต์พุตทีละเกตและเขียนค่าบนทุกเส้น หรือเขียนนิพจน์ของมันแล้วเติมตารางค่าความจริง
สำหรับการทำให้ง่าย ให้ใส่ 1 (และค่าไม่สนใจเป็น X) ลงในแผนที่คาร์โนห์ที่มีแถวและคอลัมน์เรียงตามรหัสเกรย์: 00, 01, 11, 10
ครอบคลุม 1 ด้วยกลุ่ม 1, 2, 4, 8 หรือ 16 เซลล์ให้น้อยที่สุดและใหญ่ที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ โดยพันข้ามขอบ แต่ละกลุ่มคือหนึ่งพจน์ผลคูณที่ประกอบด้วยตัวแปรที่คงที่ จัดกลุ่ม 0 สำหรับรูป POS
สำหรับฟลิปฟล็อปและตัวนับ ให้อ่านอินพุตที่ขอบแอ็กทีฟของสัญญาณนาฬิกาแต่ละขอบ เขียนสถานะหลังทุกขอบ และจำไว้ว่าตัวนับ n บิตวนกลับหลัง 2ⁿ สถานะ

ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์

การหารที่มีเศษ: a = q·n + r, 0 ≤ r < n
ยูคลิด: gcd(a, b) = gcd(b, a mod b)
ตัวคูณร่วมน้อย: lcm(a, b) = a·b/gcd(a, b)
อินเวอร์ส: a·a⁻¹ ≡ 1 (mod n), gcd(a, n) = 1
ความสอดคล้องเชิงเส้น: a·x ≡ b → x ≡ a⁻¹·b (mod n)
ฟังก์ชันโทเทียนต์ของออยเลอร์: φ(n) = n·∏(1 − 1/p), φ(pᵏ) = pᵏ − pᵏ⁻¹
แฟร์มา: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p)
RSA: n = pq, φ = (p − 1)(q − 1), d = e⁻¹ mod φ, c = mᵉ mod n, m = cᵈ mod n

วิธีการ

ลดทุกจำนวนมอดูโล n ก่อน เศษจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง n − 1
สำหรับ ห.ร.ม. ให้หารซ้ำด้วยขั้นตอนวิธีของยูคลิด เศษที่ไม่เป็นศูนย์ตัวสุดท้ายคือ ห.ร.ม.
สำหรับตัวผกผัน ให้ทำขั้นตอนวิธีแบบขยาย และเก็บสัมประสิทธิ์ของ a ถ้าเป็นลบให้บวก n
แก้ a·x ≡ b โดยคูณด้วย a⁻¹ รวมสองความสอดคล้องโดยเขียน x = r₁ + m₁k
สำหรับเลขยกกำลัง ให้เขียนเลขชี้กำลังเป็นเลขฐานสองแล้วยกกำลังสองซ้ำ ใน RSA จะได้ d = e⁻¹ mod φ(n) โดย φ(n) = (p − 1)(q − 1)

ทฤษฎีกราฟ

เล็มมาการจับมือ: Σ deg(v) = 2|E|
กราฟบริบูรณ์: |E(K_n)| = n(n − 1)/2, |E(K_m,n)| = m·n
กราฟปรกติ: |E| = n·k/2
ต้นไม้และป่า: |E| = n − 1, |E| = n − c
ใบของต้นไม้: L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
ออยเลอร์: วงจร: ดีกรีเป็นคู่ทุกจุดยอด; ทางเดิน: มีดีกรีคี่พอดี 2 จุดยอด
วงจรแฮมิลตันใน K_n: (n − 1)!/2
การปรับค่าของไดก์สตรา: d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
วอล์กความยาว L: (Mᴸ)_ij

วิธีการ

เขียนดีกรีของทุกจุดยอด ผลบวกของดีกรีเท่ากับสองเท่าของจำนวนเส้นเชื่อม
สำหรับโจทย์ออยเลอร์ ให้ตรวจว่ากราฟเชื่อมโยงกัน และนับจุดยอดที่มีดีกรีคี่
สำหรับต้นไม้ ให้ใช้ว่ามี n − 1 เส้นเชื่อม และเล็มมาการจับมือ
สำหรับไดก์สตรา ให้เก็บตารางระยะทางชั่วคราว และยืนยันจุดยอดที่ยังไม่ยืนยันซึ่งมีค่าน้อยที่สุดในแต่ละรอบ
สำหรับต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุด ให้เรียงเส้นเชื่อมตามน้ำหนักและข้ามทุกเส้นที่ทำให้เกิดวัฏจักร (ครัสคัล) หรือขยายต้นไม้ต้นเดียวจากจุดยอดเริ่มต้น (พริม)

การแบ่งซับเน็ต IPv4

โฮสต์ต่อซับเน็ต: 2^{(32 − prefix)} − 2 (/31: 2, /32: 1)
ขนาดบล็อก: 256 − (mask octet)
ที่อยู่เครือข่าย: IP AND มาสก์
ที่อยู่บรอดคาสต์: IP OR (NOT mask): บิตโฮสต์ทั้งหมดเป็น 1
ซับเน็ตจาก n บิตที่ยืม: 2ⁿ

2โจทย์ฝึก

1.ระบบเลขปานกลาง

ตั้งบิตให้เก็บ −93 ใน two's complement 8 บิต อ่านเป็นจำนวนไม่มีเครื่องหมาย ค่าของรูปแบบ U เป็นเท่าใด

N = −938 bit

U =

2.ระบบเลขยาก

จำนวนเต็มที่ติดลบมากที่สุด N ที่เก็บได้ใน two's complement 20 บิตคือเท่าใด

20 bit

N =

3.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์ปานกลาง

ในตารางค่าความจริง 8 แถวของ ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) มีกี่แถวที่เป็นจริง เรียกจำนวนนี้ว่า N

¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)))

N =

4.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์ยาก

การอ้างเหตุผลที่มีสมมติฐาน q → r; ¬q และบทสรุป ¬r ไม่สมเหตุสมผล ให้คลิกแถวของตารางค่าความจริงที่เป็นตัวอย่างค้าน

q → r¬q∴ ¬r

1q = 1, r = 1
2q = 1, r = 0
3q = 0, r = 1
4q = 0, r = 0

5.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อปปานกลาง

จงทำ F = A′BC + A′C + A′C′ ให้เป็นรูปผลบวกของผลคูณที่น้อยที่สุด นิพจน์ที่ทำให้ง่ายแล้วมีกี่ลิเทอรัล L

F = A′BC + A′C + A′C′

L =

6.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อปยาก

ชิฟต์รีจิสเตอร์ 4 บิต Q₃Q₂Q₁Q₀ เก็บค่า 0110 ทุกขอบสัญญาณนาฬิกา บิตเลื่อนไปทางขวาหนึ่งตำแหน่ง (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀, Q₀ หายไป) และอินพุตอนุกรมเข้าสู่ Q₃ อินพุตอนุกรมเป็น 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0 ที่ขอบ 7 จงหาสถานะสุดท้าย Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ เป็นเลขฐานสิบ

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 01100, 0, 1, 0, 1, 1, 0

Q =

7.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์ปานกลาง

จงหาตัวผกผันของ 20 มอดูโล 43: จำนวน x ที่ 0 < x < 43 และ 20·x ≡ 1 (mod 43)

a = 20n = 43

20⁻¹ mod 43 =

8.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์ยาก

เข้ารหัสข้อความ m = 614 ด้วยกุญแจสาธารณะ RSA (n, e) = (1073, 17) จงหาข้อความเข้ารหัส c

n = 1073e = 17m = 614

c =

9.อัลกอริทึมและความซับซ้อนปานกลาง

ความสัมพันธ์เวียนเกิด T(n) = 2T(n/2) + O(n) มีผลเฉลยเป็น

AO(n²)
BO(log n)
CO(n log n)
DO(n)

10.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เหตุใดการค้นหาแบบเปรียบเทียบใด ๆ ในอาร์เรย์ที่เรียงแล้วจึงต้องใช้ Ω(log n) การเปรียบเทียบในกรณีเลวร้ายที่สุด

Aทุกสมาชิกต้องถูกเปรียบเทียบอย่างน้อยหนึ่งครั้ง
Bการเปรียบเทียบแต่ละครั้งใช้เวลาแบบลอการิทึม
Cต้นไม้ตัดสินใจที่มีผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ n แบบต้องมีความลึกอย่างน้อย log₂ n
Dการค้นหาแบบทวิภาคเป็นอัลกอริทึมเดียวที่เป็นไปได้ และต้องใช้ log₂ n การเปรียบเทียบ

11.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ตารางแฮชขนาด 7 ใช้ h(k) = k mod 7 และ linear probing หลังแทรก 10 แล้ว 17 ถูกเก็บที่ใด

Aดัชนี 6
Bดัชนี 0
Cดัชนี 4
Dดัชนี 3

12.โครงสร้างข้อมูลยาก

คีย์ 5, 3, 8, 1 ถูกแทรกตามลำดับนี้ลงใน min-heap ทวิภาคแบบอาร์เรย์ที่ว่าง อาร์เรย์สุดท้ายคืออะไร

A[1, 3, 5, 8]
B[3, 1, 8, 5]
C[1, 3, 8, 5]
D[1, 5, 8, 3]

13.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 8 จุดยอดและ 8 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 8|E| = 8

k =

14.ทฤษฎีกราฟยาก

ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเริ่มจาก A ให้คลิกจุดยอดที่ถูกยืนยัน (ทำให้เป็นค่าถาวร) ในรอบที่ 4 โดย A เองคือรอบที่ 1

เริ่มต้น: Aรอบ 4

15.ฐานข้อมูลและ SQLปานกลาง

คีย์นอกถูกประกาศด้วย ON DELETE CASCADE เกิดอะไรขึ้นเมื่อแถวแม่ถูกลบ?

Aแถวแม่ถูกคัดลอกไปยังตารางเก็บถาวร
Bคีย์นอกในแถวลูกถูกตั้งเป็น NULL โดยอัตโนมัติ
Cการลบถูกปฏิเสธเสมอ
Dแถวลูกที่อ้างอิงแถวนั้นถูกลบโดยอัตโนมัติ

16.ฐานข้อมูลและ SQLยาก

กำหนดการพึ่งพาเชิงฟังก์ชัน A → B, B → C และ C → D บน R(A, B, C, D) ตัวปิด (closure) A⁺ คืออะไร?

A{A}
B{A, B, C, D}
C{A, B, C}
D{A, B}

17.เครือข่ายคอมพิวเตอร์ปานกลาง

เหตุใด Wi-Fi จึงใช้การหลีกเลี่ยงการชน (CSMA/CA) แทนการตรวจจับการชน?

Aสถานีไร้สายตรวจจับการชนได้ไม่น่าเชื่อถือขณะที่กำลังส่ง
Bสัญญาณวิทยุไม่เคยชนกัน
CWi-Fi อนุญาตเพียงหนึ่งอุปกรณ์ต่อเครือข่าย
Dการตรวจจับการชนใช้ได้เฉพาะกับสายใยแก้วนำแสง ไม่ใช่ช่องสัญญาณวิทยุไร้สายที่ใช้ร่วมกัน

18.เครือข่ายคอมพิวเตอร์ยาก

ในการโจมตีแบบ SYN flood ผู้โจมตีพยายามทำให้ทรัพยากรใดหมดไป?

Aตารางที่อยู่ MAC ของสวิตช์
Bพื้นที่ดิสก์ของเซิร์ฟเวอร์
Cตารางการเชื่อมต่อที่เปิดค้างครึ่งทาง (half-open) ของเซิร์ฟเวอร์
Dแคช DNS ของไคลเอนต์

19.การแบ่งซับเน็ต IPv4ปานกลาง

ซับเน็ตหนึ่งใช้มาสก์ 255.255.255.252 มีที่อยู่โฮสต์ที่ใช้ได้กี่ที่อยู่ H

255.255.255.252

H =

20.การแบ่งซับเน็ต IPv4ยาก

โฮสต์มีที่อยู่ 10.20.77.246/27 ออคเต็ตที่สี่ x ของที่อยู่เครือข่ายคือเท่าใด

10.20.77.246/27

x =

3สารละลาย

1.ระบบเลข

คำตอบ: U = 163

การตั้งค่าบิต: แต่ละบิตมีค่าเป็นกำลังของสอง (128, 64, …, 1) เลขฐานสิบหกหนึ่งหลักคือสี่บิตพอดี และใน two's complement 8 บิต บิตซ้ายสุดมีค่า −128 การดำเนินการระดับบิตทำงานกับแต่ละตำแหน่งบิตแยกกัน

กลับบิตแล้วบวกหนึ่ง

93 = 0101 1101

ที่กลับบิตแล้ว: 1010 0010

+1 → 1010 0011

อ่านเป็นแบบไม่มีเครื่องหมาย

1010 0011₂ = 256 − 93 = 163

คำตอบ

U = 163

2.ระบบเลข

คำตอบ: N = −524288

ระบบเลขตามตำแหน่ง: แต่ละหลักมีค่าเท่ากับค่าของหลักนั้นคูณกำลังของฐาน ในเลขฐานสองแต่ละตำแหน่งมีค่า 1, 2, 4, 8, 16, …; ในเลขฐานสิบหก 1, 16, 256, … โดย A–F แทน 10–15 ในระบบ two's complement 8 บิต บิตซ้ายสุดมีค่า −128 แทนที่จะเป็น +128 ซึ่งเป็นวิธีเก็บจำนวนลบ

ค่าที่ติดลบมากที่สุด

−2¹⁹ = −524288

คำตอบ

N = −524288

3.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์

คำตอบ: N = 2

ตารางค่าความจริง: สูตรที่มีตัวแปรต่างกัน n ตัวมี 2ⁿ แถว หนึ่งแถวต่อทุกชุดของค่าความจริง (1 = จริง, 0 = เท็จ) ทำจากด้านในออกมาและให้ทุกประพจน์ย่อยมีคอลัมน์ของตัวเอง ¬a กลับค่า a ∧ b เป็น 1 เฉพาะเมื่อทั้งสองเป็น 1 a ∨ b เป็น 0 เฉพาะเมื่อทั้งสองเป็น 0 a → b เป็น 0 เฉพาะเมื่อ a = 1 และ b = 0 a ↔ b เป็น 1 เมื่อทั้งสองข้างเท่ากัน

ตารางค่าความจริงทีละแถว

a = 1, b = 1, c = 1: c ∨ b = 1, ¬c = 0, ¬c ∧ a = 0, a ∧ b = 1, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 1, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 0

a = 1, b = 1, c = 0: c ∨ b = 1, ¬c = 1, ¬c ∧ a = 1, a ∧ b = 1, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 1, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 0

a = 1, b = 0, c = 1: c ∨ b = 1, ¬c = 0, ¬c ∧ a = 0, a ∧ b = 0, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 1, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 0

a = 1, b = 0, c = 0: c ∨ b = 0, ¬c = 1, ¬c ∧ a = 1, a ∧ b = 0, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 0, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 0, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 1

a = 0, b = 1, c = 1: c ∨ b = 1, ¬c = 0, ¬c ∧ a = 0, a ∧ b = 0, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 1, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 0

a = 0, b = 1, c = 0: c ∨ b = 1, ¬c = 1, ¬c ∧ a = 0, a ∧ b = 0, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 1, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 0

a = 0, b = 0, c = 1: c ∨ b = 1, ¬c = 0, ¬c ∧ a = 0, a ∧ b = 0, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 1, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 0

a = 0, b = 0, c = 0: c ∨ b = 0, ¬c = 1, ¬c ∧ a = 0, a ∧ b = 0, (¬c ∧ a) → (a ∧ b) = 1, (c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b)) = 0, ¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))) = 1

นับแถวที่มีค่าเป็น 1

¬((c ∨ b) ∧ ((¬c ∧ a) → (a ∧ b))): 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1

N = 2

คำตอบ

N = 2

4.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์

คำตอบ: q = 0, r = 1

ตัวบ่งปริมาณและการอ้างเหตุผล: ¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x) และ ¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x) ย้ายนิเสธเข้าด้านใน สลับทุกตัวบ่งปริมาณที่นิเสธผ่าน และใส่นิเสธให้สูตรด้านในด้วยกฎของประพจน์ เช่น ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b การอ้างเหตุผลสมเหตุสมผลเมื่อบทสรุปเป็น 1 ในทุกแถวที่สมมติฐานทั้งหมดเป็น 1 แถวเดียวที่สมมติฐานเป็นจริงแต่บทสรุปเป็นเท็จคือตัวอย่างค้านและแสดงว่าการอ้างเหตุผลนั้นไม่สมเหตุสมผล

สมมติฐานและบทสรุปทีละแถว

q = 1, r = 1: 1 0 | 0

q = 1, r = 0: 0 0 | 1

q = 0, r = 1: 1 1 | 0

q = 0, r = 0: 1 1 | 1

ตัวอย่างค้าน

q = 0, r = 1

คำตอบ

q = 0, r = 1

การอ้างเหตุผลรูปแบบนี้ดูเหมือนกฎที่สมเหตุสมผล แต่แถวเดียวก็เพียงพอที่จะแสดงว่าไม่ใช่

5.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อป

คำตอบ: L = 1

พีชคณิตแบบบูล: กฎที่ทำให้นิพจน์ง่ายขึ้นได้แก่ X + X′ = 1 และ X·X′ = 0, X + X = X, การดูดกลืน X + X·Y = X, กฎการรวม X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y และทฤษฎีบทฉันทามติ XY + X′Z + YZ = XY + X′Z กฎของเดอมอร์แกนเปลี่ยน (X·Y)′ เป็น X′ + Y′ และ (X + Y)′ เป็น X′·Y′ แผนที่คาร์โนห์ใช้กฎเหล่านี้ในรูปภาพ: ทุกกลุ่มของสองเซลล์ที่อยู่ติดกันคือการใช้ XY + XY′ = X หนึ่งครั้ง

มินเทอมของนิพจน์

A′BC → m(3)

A′C → m(1, 3)

A′C′ → m(0, 2)

จัดกลุ่มและอ่านค่า

F = A′

นับลิเทอรัล

L = 1

คำตอบ

L = 1

6.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อป

คำตอบ: Q = 6

ฟลิปฟล็อปและตัวนับ: ฟลิปฟล็อปเปลี่ยนค่าเฉพาะที่ขอบแอ็กทีฟของสัญญาณนาฬิกา D คัดลอกอินพุต (Q⁺ = D); T สลับค่าเมื่อ T = 1; JK คงค่าสำหรับ 00 รีเซ็ตสำหรับ 01 เซตสำหรับ 10 และสลับค่าสำหรับ 11 ตัวนับฐานสอง n บิตมี 2ⁿ สถานะและนับมอดูโล 2ⁿ ตัวนับมอด N นับ 0, 1, …, N − 1 แล้ววนกลับเป็น 0 และต้องใช้ฟลิปฟล็อปจำนวน n ที่น้อยที่สุดที่ 2ⁿ ≥ N แต่ละภาคของตัวนับริปเปิลลดความถี่ลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้นเอาต์พุตสุดท้ายของตัวนับมอด N ทำงานที่ f_clk/N ตัวนับจอห์นสันที่มีฟลิปฟล็อป n ตัวมี 2n สถานะ ตัวนับริงมี n

สถานะหลังทุกขอบ

0110 → 0011 → 0001 → 1000 → 0100 → 1010 → 1101 → 0110

ค่าฐานสิบ

0110₂ = 6

คำตอบ

Q = 6

7.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์

คำตอบ: 20⁻¹ mod 43 = 28

ตัวผกผันและความสอดคล้อง: a มีตัวผกผันมอดูโล n เมื่อ gcd(a, n) = 1 เท่านั้น ขั้นตอนวิธีของยูคลิดแบบขยายเขียน 1 = s·n + t·a แล้ว a⁻¹ ≡ t (mod n) ความสอดคล้อง a·x ≡ b (mod n) ที่ gcd(a, n) = 1 มีคำตอบ x ≡ a⁻¹·b ความสอดคล้องสองข้อ x ≡ r₁ (mod m₁) และ x ≡ r₂ (mod m₂) ที่มอดูลัสเป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์กันมีคำตอบเดียวมอดูโล m₁·m₂ (ทฤษฎีบทเศษเหลือของจีน) φ(n) ของออยเลอร์นับจำนวนตั้งแต่ 1 ถึง n ที่เป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์กับ n: φ(n) = n·∏(1 − 1/p)

ขั้นตอนวิธีของยูคลิดแบบขยาย

เศษ r แต่ละตัวเขียนเป็น r ≡ t·20 (mod 43)

r = 43, t = 0

r = 20, q = 2, t = 1

r = 3, q = 6, t = −2

r = 2, q = 1, t = 13

r = 1, q = 2, t = −15

อินเวอร์ส

1 ≡ −15·20 (mod 43)

x = 28

ตรวจสอบ: 20·28 = 560 = 13·43 + 1

คำตอบ

20⁻¹ mod 43 = 28

8.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์

คำตอบ: c = 560

เลขยกกำลังมอดูลาร์และ RSA: คำนวณ aᵏ mod n ด้วยการยกกำลังสองซ้ำ: เขียน k เป็นเลขฐานสอง ยกกำลังสอง ลดค่าหลังทุกขั้นตอน และคูณเลขยกกำลังที่บิตเป็น 1 แฟร์มา: aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p) สำหรับจำนวนเฉพาะ p ที่หาร a ไม่ลงตัว ดังนั้นลดเลขชี้กำลังมอดูโล p − 1 ได้ RSA: เลือกจำนวนเฉพาะ p และ q, n = p·q และ φ(n) = (p − 1)(q − 1) เลขชี้กำลังสาธารณะ e เป็นจำนวนเฉพาะสัมพัทธ์กับ φ(n) และเลขชี้กำลังส่วนตัวคือ d = e⁻¹ mod φ(n) เข้ารหัสด้วย c = mᵉ mod n และถอดรหัสด้วย m = cᵈ mod n

การยกกำลังสองซ้ำ

17 = 16 + 1

614¹ ≡ 614 (mod 1073)

614² ≡ 373 (mod 1073)

614⁴ ≡ 712 (mod 1073)

C · [1, 3, 8, 5]

13.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 1

ออยเลอร์ แฮมิลตัน และต้นไม้: กราฟเชื่อมโยงมีวงจรออยเลอร์ (ผ่านทุกเส้นเชื่อมครั้งเดียวและกลับจุดเริ่มต้น) เมื่อทุกจุดยอดมีดีกรีคู่ และมีทางเดินออยเลอร์ที่ไม่ใช่วงจรเมื่อมีจุดยอดดีกรีคี่พอดีสองจุด ทางเดินนั้นไปจากจุดยอดคี่จุดหนึ่งถึงอีกจุดหนึ่ง วงจรแฮมิลตันผ่านทุกจุดยอดครั้งเดียว K_n มีวงจรแบบนี้ (n − 1)!/2 วงจร ต้นไม้ที่มี n จุดยอดมี n − 1 เส้นเชื่อม และกราฟเชื่อมโยงที่มี m เส้นเชื่อมจะเหลือต้นไม้ทอดข้ามหลังเอาเส้นเชื่อมออก m − n + 1 เส้น

เส้นเชื่อมของต้นไม้ทอดข้าม

8 − 1 = 7

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 8 − 7 = 1

คำตอบ

k = 1

14.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: E

เส้นทางที่สั้นที่สุดและต้นไม้ทอดข้าม: ขั้นตอนวิธีของไดก์สตรายืนยันหนึ่งจุดยอดต่อรอบ: จุดยอดที่ยังไม่ยืนยันซึ่งมีระยะทางชั่วคราวน้อยที่สุด ระยะทางของมันเป็นค่าสุดท้ายแล้ว และเพื่อนบ้าน v ทุกจุดได้ d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)) ขั้นตอนวิธีของครัสคัลสร้างต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดโดยเลือกเส้นเชื่อมจากเบาไปหนักและข้ามเส้นที่ทำให้เกิดวัฏจักร ขั้นตอนวิธีของพริมขยายต้นไม้หนึ่งต้นจากจุดยอดเริ่มต้นโดยเพิ่มเส้นเชื่อมที่เบาที่สุดที่ออกจากต้นไม้เสมอ ต้นไม้ทอดข้ามที่มี n จุดยอดมี n − 1 เส้นเชื่อม

ไดก์สตราทีละรอบ

1. A (0): C: 14

2. C (14): B: 21, E: 29

3. B (21): D: 33

4. E (29): F: 40

5. D (33)

SYN แต่ละตัวทำให้เซิร์ฟเวอร์จองสถานะและรอ ACK ที่ไม่เคยมา SYN cookies หลีกเลี่ยงการเก็บสถานะจนกว่าการแฮนด์เชกจะเสร็จสมบูรณ์

คำตอบ

C · ตารางการเชื่อมต่อที่เปิดค้างครึ่งทาง (half-open) ของเซิร์ฟเวอร์

19.การแบ่งซับเน็ต IPv4

คำตอบ: H = 2

IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).

ความยาวพรีฟิกซ์

255.255.255.252 = /30

โฮสต์ที่ใช้ได้

2² − 2 = 2

คำตอบ

H = 2

20.การแบ่งซับเน็ต IPv4

คำตอบ: x = 224

การแบ่งซับเน็ต IPv4: ที่อยู่มี 32 บิต พรีฟิกซ์ /p บอกว่าบิตนำหน้ากี่บิตระบุเครือข่าย ส่วน 32 − p บิตที่เหลือใช้ระบุเลขโฮสต์ ซับเน็ตมี 2³²⁻ᵖ ที่อยู่ แต่ที่อยู่แรก (ที่อยู่เครือข่าย) และที่อยู่สุดท้าย (ที่อยู่บรอดคาสต์) ใช้เป็นโฮสต์ไม่ได้ จึงมีโฮสต์ได้ 2³²⁻ᵖ − 2 เครื่อง ข้อยกเว้น: /31 (ลิงก์แบบจุดต่อจุด, RFC 3021) ใช้ทั้ง 2 แอดเดรสสำหรับโฮสต์ และ /32 เป็นแอดเดรสเดียว (โฮสต์เดียวหรือลูปแบ็ก)

ขนาดบล็อก

2⁵ = 32

ซับเน็ตของโฮสต์นี้

เครือข่าย: ⌊246/32⌋·32 = 224

บรอดคาสต์: 224 + 32 − 1 = 255

โฮสต์ที่ใช้ได้: 225 … 254

คำตอบ

x = 224

ExamProblems · examproblems.com/courses/computer-science-fundamentals