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

เขียน −88 เป็นรูปแบบ two's complement 8 บิต อ่านรูปแบบนั้นเป็นเลขฐานสองแบบไม่มีเครื่องหมาย ค่าของมัน U ในเลขฐานสิบคือเท่าใด

N = −888 bit

U =

2.ระบบเลขยาก

ตั้งบิตให้เป็นผลลัพธ์ 8 บิตของ 0100 1100 OR 1100 1111 ค่าของผลลัพธ์ R เป็นเท่าใดในเลขฐานสิบ

0100 1100OR1100 1111

R =

3.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์ปานกลาง

คุณต้องการพิสูจน์ (c ∨ b) → a ด้วยการแย้งสลับที่ ควรพิสูจน์นัยใดแทน ให้คลิกนัยนั้น

(c ∨ b) → a

1(c ∨ b) ∧ ¬a
2¬(c ∨ b) → ¬a
3a → (c ∨ b)
4¬a → ¬(c ∨ b)

4.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์ยาก

การอ้างเหตุผลที่มีสมมติฐาน a → (b ∨ c); a และบทสรุป b ไม่สมเหตุสมผล ให้คลิกแถวของตารางค่าความจริงที่เป็นตัวอย่างค้าน

a → (b ∨ c)a∴ b

1a = 1, b = 1, c = 1
2a = 1, b = 1, c = 0
3a = 1, b = 0, c = 1
4a = 1, b = 0, c = 0
5a = 0, b = 1, c = 1
6a = 0, b = 1, c = 0
7a = 0, b = 0, c = 1
8a = 0, b = 0, c = 0

5.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อปปานกลาง

ใช้แผนที่คาร์โนห์หารูปผลบวกของผลคูณ (SOP) ที่น้อยที่สุดของ F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 4, 7, 9, 13, 14) มีกี่พจน์ผลคูณ N

F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 4, 7, 9, 13, 14)

N =

6.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อปยาก

ตัวนับริง 4 บิต Q₃Q₂Q₁Q₀ เริ่มที่ 1001 ทุกขอบสัญญาณนาฬิกา บิตเลื่อนไปทางขวาหนึ่งตำแหน่ง (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀) และ Q₃ รับค่า Q₀ จงหาสถานะ Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ เป็นเลขฐานสิบหลัง 7 ขอบสัญญาณนาฬิกา

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 10017

Q =

7.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์ปานกลาง

จงหาตัวผกผันของ 31 มอดูโล 79: จำนวน x ที่ 0 < x < 79 และ 31·x ≡ 1 (mod 79)

a = 31n = 79

31⁻¹ mod 79 =

8.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์ยาก

จงแก้ 54x ≡ 36 (mod 90) ให้คำตอบที่เป็นบวกและน้อยที่สุด x

54x ≡ 36 (mod 90)

x =

9.อัลกอริทึมและความซับซ้อนปานกลาง

ความซับซ้อนเชิงเวลาของฟีโบนักชีแบบเรียกซ้ำตรง ๆ (fib(n) = fib(n−1) + fib(n−2)) คือ

Aเอกซ์โพเนนเชียล
Bเชิงเส้น
Cคงที่
Dลอการิทึม

10.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

n! และ 2ⁿ เปรียบเทียบกันอย่างไรเมื่อ n มาก

A2ⁿ เติบโตเร็วกว่า n!
Bเติบโตในอัตราเดียวกัน
Cn! เป็น O(n²)
Dn! เติบโตเร็วกว่า 2ⁿ

11.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ทราย (trie หรือ prefix tree) มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษสำหรับ

Aการค้นหาด้วยคำนำหน้า เช่น autocomplete
Bการเรียงตัวเลข
Cการเก็บเมทริกซ์
Dการหาเส้นทางสั้นที่สุด

12.โครงสร้างข้อมูลยาก

เวลาทำงานของการค้นหาในแนวกว้างบนกราฟที่มี V จุดยอดที่เก็บเป็นเมทริกซ์ประชิดคือเท่าใด

AO(V + E)
BO(V²)
CO(E log V)
DO(V)

13.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 3 จุดยอดดีกรี 4, 4 จุดยอดดีกรี 5 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

3 × deg 44 × deg 5

L =

14.ทฤษฎีกราฟยาก

ขั้นตอนวิธีของครัสคัลสร้างต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุด ให้คลิกเส้นเชื่อมที่เพิ่มเป็นเส้นหมายเลข 2 เส้นที่ถูกข้ามไม่นับ

k = 2

1เส้นเชื่อม AB
2เส้นเชื่อม AC
3เส้นเชื่อม BC
4เส้นเชื่อม CE
5เส้นเชื่อม DE
6เส้นเชื่อม DF
7เส้นเชื่อม GB
8เส้นเชื่อม GC
9เส้นเชื่อม GE

15.ฐานข้อมูลและ SQLปานกลาง

ตาราง orders มี 5 แถว โดยแต่ละแถวอ้างอิงลูกค้าที่มีอยู่ ตาราง customers มี 3 แถว INNER JOIN บน customer_id คืนกี่แถว?

16.ฐานข้อมูลและ SQLยาก

ด้วยการควบคุมภาวะพร้อมกันแบบหลายเวอร์ชัน (MVCC) ผู้อ่านหลีกเลี่ยงการบล็อกผู้เขียนได้อย่างไร?

Aไม่อนุญาตผู้เขียนขณะมีผู้อ่านที่ทำงานอยู่
Bผู้อ่านรอจนผู้เขียนทั้งหมด commit เสมอ
Cผู้อ่านอ่านข้อมูลที่ยังไม่ commit โดยตรง
Dผู้อ่านเห็นสแน็ปช็อตที่สอดคล้องของเวอร์ชันแถวที่ commit แล้ว ขณะที่ผู้เขียนสร้างเวอร์ชันใหม่

17.เครือข่ายคอมพิวเตอร์ปานกลาง

ไฟร์วอลล์แบบเก็บสถานะ (stateful) ต่างจากตัวกรองแพ็กเก็ตแบบง่ายอย่างไร?

Aบล็อกทราฟฟิกขาเข้าทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น รวมถึงการตอบกลับคำขอขาออก
Bตรวจเฉพาะที่อยู่ MAC ของแต่ละเฟรม
Cติดตามการเชื่อมต่อและอนุญาตการตอบกลับที่เป็นของเซสชันที่สร้างไว้แล้ว
Dเข้ารหัสทุกแพ็กเก็ตที่ส่งต่อ

18.เครือข่ายคอมพิวเตอร์ยาก

ตามสูตรของไนควิสต์ (Nyquist) อัตราบิตสูงสุดของช่องสัญญาณ 3 kHz ที่ไม่มีสัญญาณรบกวนและใช้ระดับสัญญาณ 4 ระดับคือเท่าใด?

A24 kbit/s
B6 kbit/s
C3 kbit/s
D12 kbit/s

19.การแบ่งซับเน็ต IPv4ปานกลาง

แผนกหนึ่งต้องการที่อยู่โฮสต์ 101 ที่อยู่ในซับเน็ตเดียว ความยาวพรีฟิกซ์ที่ยาวที่สุด p (ซับเน็ตเล็กที่สุด) ที่ใหญ่พอคือเท่าใด

101 hosts

p =

20.การแบ่งซับเน็ต IPv4ยาก

เครือข่าย 192.168.132.0/24 ถูกแบ่งด้วย VLSM สำหรับ LAN เหล่านี้: A: 30 โฮสต์, B: 43 โฮสต์, C: 5 โฮสต์, D: 11 โฮสต์, E: 25 โฮสต์ ซับเน็ตถูกจัดสรรจาก .0 ขึ้นไป โดย LAN ที่มีโฮสต์มากที่สุดมาก่อน แต่ละ LAN ได้ซับเน็ตที่เล็กที่สุดที่พอดี ออกเท็ตที่สี่ x ของที่อยู่เครือข่ายของ LAN A คือเท่าใด

A: 30B: 43C: 5D: 11E: 25

x =

3สารละลาย

1.ระบบเลข

คำตอบ: U = 168

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

กลับบิตแล้วบวกหนึ่ง

88 = 0101 1000

ที่กลับบิตแล้ว: 1010 0111

+1 → 1010 1000

อ่านเป็นแบบไม่มีเครื่องหมาย

1010 1000₂ = 256 − 88 = 168

คำตอบ

U = 168

2.ระบบเลข

คำตอบ: R = 207

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

ทีละบิต

OR ให้ 1 เมื่ออย่างน้อยหนึ่งบิตเป็น 1

0100 1100

OR 1100 1111

= 1100 1111

ค่าของผลลัพธ์

1100 1111₂ = 207

คำตอบ

R = 207

3.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์

คำตอบ: ¬a → ¬(c ∨ b)

ความสมมูลเชิงตรรกะ: สูตรสองสูตรสมมูลกัน (≡) เมื่อมีค่าเท่ากันทุกแถวของตารางค่าความจริง ซ้ำซ้อน (tautology) เป็น 1 ทุกแถว ขัดแย้ง (contradiction) เป็น 0 ทุกแถว และ contingency ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง กฎที่มีประโยชน์: กฎของเดอมอร์แกน ¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b และ ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b; a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a (การแย้งสลับที่); ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b; และกฎการแจกแจง a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c)

ส่วนต่าง ๆ ของนัย

a = c ∨ b, b = a

การแย้งสลับที่

¬b → ¬a = ¬a → ¬(c ∨ b)

คำตอบ

¬a → ¬(c ∨ b)

การแย้งสลับที่สมมูลกับประโยคเดิม ดังนั้นการพิสูจน์การแย้งสลับที่ก็พิสูจน์ประโยคเดิม

4.ตรรกศาสตร์ประพจน์และการพิสูจน์

คำตอบ: a = 1, b = 0, c = 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

a = 1, b = 1, c = 1: 1 1 | 1

a = 1, b = 1, c = 0: 1 1 | 1

a = 1, b = 0, c = 1: 1 1 | 0

a = 1, b = 0, c = 0: 0 1 | 0

a = 0, b = 1, c = 1: 1 0 | 1

a = 0, b = 1, c = 0: 1 0 | 1

a = 0, b = 0, c = 1: 1 0 | 0

a = 0, b = 0, c = 0: 1 0 | 0

ตัวอย่างค้าน

a = 1, b = 0, c = 1

คำตอบ

a = 1, b = 0, c = 1

การอ้างเหตุผลรูปแบบนี้ดูเหมือนกฎที่สมเหตุสมผล แต่แถวเดียวก็เพียงพอที่จะแสดงว่าไม่ใช่

5.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อป

คำตอบ: N = 5

แผนที่คาร์โนห์: เซลล์เรียงตามรหัสเกรย์ (00, 01, 11, 10) ดังนั้นเซลล์ที่อยู่ติดกัน รวมถึงเซลล์ที่อยู่ตรงข้ามขอบ ต่างกันเพียงตัวแปรเดียว จัดกลุ่ม 1 เป็นสี่เหลี่ยมที่มี 1, 2, 4, 8 หรือ 16 เซลล์ ให้ใหญ่ที่สุดและมีจำนวนกลุ่มน้อยที่สุดจนครอบคลุมทุก 1 แต่ละกลุ่มคือหนึ่งพจน์ผลคูณ: ตัวแปรที่คงที่ภายในกลุ่ม กลุ่มที่มี 2ᵏ เซลล์สูญเสียตัวแปรไป k ตัว ค่าไม่สนใจ (X) ใช้เพื่อทำให้กลุ่มใหญ่ขึ้นได้ แต่ไม่จำเป็นต้องถูกครอบคลุม การจัดกลุ่ม 0 แทนจะได้รูป POS ที่น้อยที่สุด

จัดกลุ่ม 1

ทุกกลุ่มเป็นสี่เหลี่ยมของ 2ᵏ เซลล์ เซลล์ที่ขอบเป็นเพื่อนบ้านของเซลล์ที่ขอบตรงข้าม

A′C′D′

AC′D

A′B′D′

A′BCD

ABCD′

รูป SOP ที่น้อยที่สุด

F = A′C′D′ + AC′D + A′B′D′ + A′BCD + ABCD′

N = 5

คำตอบ

N = 5

6.ตรรกะดิจิทัล: เกต แผนที่คาร์โนห์ และฟลิปฟล็อป

คำตอบ: Q = 3

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

1001 → 1100 → 0110 → 0011 → 1001 → 1100 → 0110 → 0011

ค่าฐานสิบ

0011₂ = 3

คำตอบ

Q = 3

7.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์

คำตอบ: 31⁻¹ mod 79 = 51

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·31 (mod 79)

r = 79, t = 0

r = 31, q = 2, t = 1

r = 17, q = 1, t = −2

r = 14, q = 1, t = 3

r = 3, q = 4, t = −5

r = 2, q = 1, t = 23

r = 1, q = 2, t = −28

อินเวอร์ส

1 ≡ −28·31 (mod 79)

x = 51

ตรวจสอบ: 31·51 = 1581 = 20·79 + 1

คำตอบ

31⁻¹ mod 79 = 51

8.ทฤษฎีจำนวนและเลขคณิตมอดูลาร์

คำตอบ: x = 4

หารด้วย gcd

gcd(54, 90) = 18

3x ≡ 2 (mod 5)

แก้ความสอดคล้องที่ลดรูปแล้ว

3⁻¹ ≡ 2 (mod 5) → x ≡ 4 (mod 5)

คำตอบมอดูโล 90

x ∈ {4, 9, 14, 19, 24, 29, 34, 39, 44, 49, 54, 59, 64, 69, 74, 79, 84, 89}

เล็มมาการจับมือสำหรับต้นไม้

L + 32 = 2(L + 7) − 2

L = 20

คำตอบ

L = 20

ทางลัด: L = 2 + Σ (d − 2) ของจุดยอดที่มีดีกรี d ≥ 3

14.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: เส้นเชื่อม CE

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

ขั้นตอนวิธีของครัสคัล

1. AB (2)

2. CE (5)

3. AC (6)

4. GC (9)

5. DE (11)

6. DF (13)

2 × 3000 × log₂ 4 = 2 × 3000 × 2 = 12,000 bit/s ระดับที่มากขึ้นเพิ่มอัตราได้ แต่สัญญาณรบกวนจำกัดจำนวนระดับที่แยกแยะได้

คำตอบ

D · 12 kbit/s

19.การแบ่งซับเน็ต IPv4

คำตอบ: p = 25

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)

บิตโฮสต์ที่ต้องใช้

2⁶ − 2 = 62 < 101

2⁷ − 2 = 126 ≥ 101 → h = 7

ความยาวพรีฟิกซ์

p = 32 − 7 = 25

คำตอบ

p = /25

20.การแบ่งซับเน็ต IPv4

คำตอบ: x = 64

VLSM: แต่ละ LAN ได้ซับเน็ตที่เล็กที่สุดที่ 2ʰ − 2 ≥ จำนวนโฮสต์ของมัน คือพรีฟิกซ์ 32 − h การจัดสรรซับเน็ตที่ใหญ่ที่สุดก่อนทำให้ทุกบล็อกอยู่ในแนวพหุคูณของขนาดตัวเอง ที่อยู่เครือข่ายจึงได้จากการบวกขนาดบล็อก

ขนาดบล็อกของแต่ละ LAN

B: 43 โฮสต์ → 2⁶ = 64 (/26)

A: 30 โฮสต์ → 2⁵ = 32 (/27)

E: 25 โฮสต์ → 2⁵ = 32 (/27)

D: 11 โฮสต์ → 2⁴ = 16 (/28)

C: 5 โฮสต์ → 2³ = 8 (/29)

การจัดสรร จากใหญ่ที่สุดก่อน

B: .0 – .63

A: .64 – .95

E: .96 – .127

D: .128 – .143

C: .144 – .151

คำตอบ

x = 64

LAN A: 192.168.132.64/27

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