โครงสร้างข้อมูลและอัลกอริทึม: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 6 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

ทฤษฎีกราฟ

เล็มมาการจับมือ
Σ deg(v) = 2|E|
กราฟบริบูรณ์
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,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 Kn
(n − 1)!/2
การปรับค่าของไดก์สตรา
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
วอล์กความยาว L
(Mᴸ)ij

วิธีการ

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

2โจทย์ฝึก

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อนปานกลาง

ความสัมพันธ์เวียนเกิด T(n) = 2T(n − 1) + O(1) มีผลเฉลยเป็นเท่าใด

  1. AO(2ⁿ)
  2. BO(n²)
  3. CO(n log n)
  4. DO(n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

ปัญหา 0/1 knapsack ที่แก้ด้วยการโปรแกรมพลวัตใช้เวลา O(nW) เหตุใดจึงเรียกว่าเวลาแบบกึ่งพหุนาม (pseudo-polynomial)

  1. Aเพราะอัลกอริทึมเป็นแบบสุ่มและเวลาทำงานแปรผันไปตามอินพุตแต่ละครั้ง
  2. Bเพราะ n มีค่าน้อยเสมอ
  3. CW เป็นตัวเลข เวลาจึงเป็นเอกซ์โพเนนเชียลเมื่อเทียบกับจำนวนบิตที่ใช้เขียน W
  4. Dเพราะใช้ได้เฉพาะ W = 0
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อตารางแฮช rehash หลังตัวประกอบการโหลดเกินเกณฑ์

  1. Aคีย์ที่มีอยู่ถูกเรียงในที่เดิม
  2. Bจัดสรรตารางใหม่ที่ใหญ่กว่าและแทรกทุกคีย์ใหม่
  3. Cคีย์เก่าที่สุดถูกลบเพื่อให้มีที่ว่าง
  4. Dย้ายเฉพาะคีย์ที่ชนกันไปยังลิสต์ล้นใหม่ที่ท้ายตาราง
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

Fenwick tree (binary indexed tree) บนอาร์เรย์ที่มีตัวเลข n ตัว รองรับการดำเนินการใดใน O(log n)

  1. Aการเรียงอาร์เรย์และการค้นหาแบบทวิภาค
  2. Bการแทรกสมาชิกที่ตำแหน่งใดก็ได้
  3. Cคำถามผลรวมคำนำหน้าและการอัปเดตสมาชิกเดียว
  4. Dการหามัธยฐานใน O(1)
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟบริบูรณ์ K7 มีวงจรแฮมิลตันที่แตกต่างกันกี่วงจร H วงจรที่ต่างกันเพียงจุดยอดเริ่มต้นหรือทิศทางนับเป็นวงจรเดียวกัน

K7
H =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
11192082143ABCDE

ขั้นตอนวิธีของครัสคัลสร้างต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุด ให้คลิกเส้นเชื่อมที่เพิ่มเป็นเส้นหมายเลข 4 เส้นที่ถูกข้ามไม่นับ

k = 4
  1. 1เส้นเชื่อม AB
  2. 2เส้นเชื่อม AC
  3. 3เส้นเชื่อม BC
  4. 4เส้นเชื่อม BD
  5. 5เส้นเชื่อม CE
  6. 6เส้นเชื่อม DE
  7. 7เส้นเชื่อม BE

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · O(2ⁿ)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

จำนวนการเรียกเพิ่มเป็นสองเท่าในแต่ละระดับและมี n ระดับ ผลรวมจึงประมาณ 2ⁿ เช่นเดียวกับหอคอยฮานอย

คำตอบ

A · O(2ⁿ)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · W เป็นตัวเลข เวลาจึงเป็นเอกซ์โพเนนเชียลเมื่อเทียบกับจำนวนบิตที่ใช้เขียน W

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เวลาทำงานเป็นพหุนามเมื่อเทียบกับค่าของ W แต่เป็นเอกซ์โพเนนเชียลเมื่อเทียบกับความยาวของมัน (log W บิต) ปัญหา 0/1 knapsack เป็น NP-complete

คำตอบ

C · W เป็นตัวเลข เวลาจึงเป็นเอกซ์โพเนนเชียลเมื่อเทียบกับจำนวนบิตที่ใช้เขียน W
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · จัดสรรตารางใหม่ที่ใหญ่กว่าและแทรกทุกคีย์ใหม่

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เนื่องจากดัชนีคำนวณแบบ modulo ขนาดตาราง ทุกคีย์ต้องถูกแฮชใหม่ลงตารางที่ใหญ่ขึ้น เมื่อเพิ่มเป็นสองเท่า ยังคงเป็น O(1) แบบกระจายต้นทุน

คำตอบ

B · จัดสรรตารางใหม่ที่ใหญ่กว่าและแทรกทุกคีย์ใหม่
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · คำถามผลรวมคำนำหน้าและการอัปเดตสมาชิกเดียว

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Fenwick tree เก็บผลรวมบางส่วนของช่วงที่กำหนดโดยบิตต่ำของแต่ละดัชนี ทั้งผลรวมคำนำหน้าและการอัปเดตจุดจึงใช้ O(log n)

คำตอบ

C · คำถามผลรวมคำนำหน้าและการอัปเดตสมาชิกเดียว
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: H = 360

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

นับ

H = (7 − 1)!/2 = 720/2 = 360

คำตอบ

H = 360
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: เส้นเชื่อม AB

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. CE (2)
2. BE (3)
3. BD (8)
4. AB (11)

เส้นเชื่อมหมายเลข 4

AB

คำตอบ

เส้นเชื่อม AB

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