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

เหตุใดรูทีนการเรียงลำดับในไลบรารีจำนวนมากจึงเปลี่ยนไปใช้ insertion sort กับอาร์เรย์ย่อยที่เล็กมาก

  1. Aอัลกอริทึมแบบเรียกซ้ำจัดการอาร์เรย์ที่เล็กกว่า 10 สมาชิกไม่ได้
  2. BInsertion sort เป็น O(n log n) ในกรณีเลวร้ายที่สุด
  3. CInsertion sort มีภาระเพิ่มน้อยและเร็วกับอินพุตที่เล็กหรือเกือบเรียงแล้ว
  4. DInsertion sort ใช้หน่วยความจำน้อยกว่าอัลกอริทึมการเรียงลำดับอื่นทุกตัวกับอินพุตใหญ่
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เหตุใดการค้นหาแบบทวิภาคจึงไม่ให้เวลา O(log n) บนรายการเชื่อมโยงเดี่ยว

  1. Aการเปรียบเทียบบนโหนดของรายการเชื่อมโยงช้ากว่า
  2. Bการค้นหาแบบทวิภาคต้องใช้หน่วยความจำอย่างน้อยสองเท่า
  3. Cการไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้
  4. Dรายการเชื่อมโยงเรียงลำดับไม่ได้
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

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

  1. Aดัชนี 6
  2. Bดัชนี 4
  3. Cดัชนี 3
  4. Dดัชนี 0
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

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

  1. A[1, 5, 8, 3]
  2. B[1, 3, 5, 8]
  3. C[3, 1, 8, 5]
  4. D[1, 3, 8, 5]
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 17 จุดยอดและ 21 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 17|E| = 21
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
141211588712ABCDEF

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(F) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป F ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: F
d(F) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · Insertion sort มีภาระเพิ่มน้อยและเร็วกับอินพุตที่เล็กหรือเกือบเรียงแล้ว

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เมื่อ n น้อย ลูปง่าย ๆ ของ insertion sort ชนะภาระการเรียกซ้ำของ quicksort หรือ merge sort แม้จะเป็น O(n²)

คำตอบ

C · Insertion sort มีภาระเพิ่มน้อยและเร็วกับอินพุตที่เล็กหรือเกือบเรียงแล้ว
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · การไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การค้นหาแบบทวิภาคต้องเข้าถึงสมาชิกตรงกลางใน O(1) บนรายการเชื่อมโยงการเดินไปถึงต้องใช้เวลาเชิงเส้น ผลรวมจึงเป็น O(n)

คำตอบ

C · การไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · ดัชนี 4

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

10 mod 7 = 3 และ 17 mod 7 = 3 ดัชนี 3 ถูกใช้แล้ว linear probing จึงลองช่องถัดไป คือดัชนี 4

คำตอบ

B · ดัชนี 4
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · [1, 3, 8, 5]

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

หลัง 5, 3, 8 อาร์เรย์เป็น [3, 5, 8] 1 ไปอยู่ดัชนี 3 สลับกับแม่ 5 แล้วสลับกับ 3 ได้ [1, 3, 8, 5]

คำตอบ

D · [1, 3, 8, 5]
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 5

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 = 21 − 16 = 5

คำตอบ

k = 5
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: d(F) = 27

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

แต่ละบรรทัด: จุดยอดที่ยืนยัน ระยะทางสุดท้ายของมัน และเพื่อนบ้านที่ระยะทางดีขึ้น

A (0): B: 14, C: 12
C (12): E: 20
B (14): D: 19
D (19)
E (20): F: 27
F (27)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → C → E → F
d(F) = 27

คำตอบ

d(F) = 27

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