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

การวิเคราะห์แบบกระจายต้นทุน (amortised analysis) วัดสิ่งใด

  1. Aต้นทุนคาดหมายเหนืออินพุตสุ่ม
  2. Bต้นทุนของอัลกอริทึมบนอินพุตที่ดีที่สุด
  3. Cต้นทุนของการดำเนินการเดียวที่แพงที่สุดในลำดับการดำเนินการ
  4. Dต้นทุนเฉลี่ยต่อหนึ่งการดำเนินการ บนลำดับการดำเนินการที่เลวร้ายที่สุด
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

นิยามใดของคลาส P ถูกต้อง

  1. Aปัญหาการตัดสินใจที่แก้ได้ด้วยอัลกอริทึมแบบกำหนดแน่นอนในเวลาพหุนาม
  2. Bปัญหาที่แก้แบบขนานได้
  3. Cปัญหาที่ต้องใช้เวลาเอกซ์โพเนนเชียลบนคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง
  4. Dปัญหาที่ตรวจคำตอบได้แต่ไม่เคยหาคำตอบได้ในเวลาพหุนาม
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

สมาชิกใหม่ถูกแทรกลงในฮีปทวิภาคอย่างไร

  1. Aแทรกที่ตำแหน่งตามลำดับโดยเลื่อนสมาชิกที่ใหญ่กว่าทั้งหมดไปทางขวาหนึ่งตำแหน่ง
  2. Bสร้างฮีปใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น
  3. Cวางที่รากและเลื่อนลง
  4. Dวางที่ท้ายอาร์เรย์และเลื่อนขึ้น (sift up) ตราบที่ยังละเมิดคุณสมบัติฮีป
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

ข้อได้เปรียบหลักของ skip list เหนือลิงก์ลิสต์ที่เรียงลำดับคืออะไร

  1. Aการค้นหา O(log n) คาดหมาย โดยใช้ตัวชี้ไปข้างหน้าหลายระดับ
  2. Bเก็บคีย์โดยไม่เรียงลำดับ
  3. Cรับประกันการค้นหา O(1) เพราะทุกโหนดเก็บตัวชี้ไปยังทุกโหนดอื่น
  4. Dไม่ใช้หน่วยความจำเพิ่ม
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 17 จุดยอดและ 24 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 17|E| = 24
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
820107251ABCDE

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: D · ต้นทุนเฉลี่ยต่อหนึ่งการดำเนินการ บนลำดับการดำเนินการที่เลวร้ายที่สุด

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การวิเคราะห์แบบกระจายต้นทุนกระจายต้นทุนของการดำเนินการแพงที่เกิดนาน ๆ ครั้งไปยังการดำเนินการถูกจำนวนมาก ให้ค่าเฉลี่ยที่รับประกันสำหรับลำดับใด ๆ

คำตอบ

D · ต้นทุนเฉลี่ยต่อหนึ่งการดำเนินการ บนลำดับการดำเนินการที่เลวร้ายที่สุด
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · ปัญหาการตัดสินใจที่แก้ได้ด้วยอัลกอริทึมแบบกำหนดแน่นอนในเวลาพหุนาม

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

P ประกอบด้วยปัญหาการตัดสินใจที่มีอัลกอริทึมแบบกำหนดแน่นอนในเวลาพหุนาม เช่น การตรวจว่ากราฟเชื่อมต่อกันหรือไม่

คำตอบ

A · ปัญหาการตัดสินใจที่แก้ได้ด้วยอัลกอริทึมแบบกำหนดแน่นอนในเวลาพหุนาม
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · วางที่ท้ายอาร์เรย์และเลื่อนขึ้น (sift up) ตราบที่ยังละเมิดคุณสมบัติฮีป

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การเพิ่มที่ท้ายรักษาต้นไม้ให้สมบูรณ์ การสลับกับแม่คืนลำดับใน O(log n) ขั้นตอน

คำตอบ

D · วางที่ท้ายอาร์เรย์และเลื่อนขึ้น (sift up) ตราบที่ยังละเมิดคุณสมบัติฮีป
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · การค้นหา O(log n) คาดหมาย โดยใช้ตัวชี้ไปข้างหน้าหลายระดับ

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ระดับแบบสุ่มทำให้การค้นหาข้ามหลายโหนด ได้การค้นหา แทรก และลบ O(log n) คาดหมาย

คำตอบ

A · การค้นหา O(log n) คาดหมาย โดยใช้ตัวชี้ไปข้างหน้าหลายระดับ
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 8

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

เส้นเชื่อมของต้นไม้ทอดข้าม

17 − 1 = 16

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 24 − 16 = 8

คำตอบ

k = 8
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. BE (1)
2. CE (2)
3. DE (5)
4. AB (8)

เส้นเชื่อมหมายเลข 4

AB

คำตอบ

เส้นเชื่อม AB

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