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

การค้นหาในแนวกว้าง (BFS) บนกราฟที่ไม่มีน้ำหนักให้ผลเป็น

  1. Aเส้นทางสั้นที่สุดในแง่จำนวนเส้นเชื่อมจากโหนดเริ่มต้น
  2. Bต้นไม้ทอดข้ามที่น้อยที่สุด
  3. Cเส้นทางสั้นที่สุดในกราฟที่มีเส้นเชื่อมน้ำหนักติดลบ
  4. Dลำดับทอพอโลยีในทุกกราฟ
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

การคำนวณจำนวนฟีโบนักชีตัวที่ n ด้วยลูปที่เก็บเพียงสองค่าล่าสุดมีต้นทุนด้านเวลาและพื้นที่เท่าใด

  1. Aเวลา O(log n) และพื้นที่ O(n)
  2. Bเวลา O(2ⁿ) และพื้นที่ O(1)
  3. Cเวลา O(n) และพื้นที่ O(1)
  4. Dเวลา O(n) และพื้นที่ O(n)
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

เหตุใดฮีปทวิภาคจึงเก็บในอาร์เรย์ได้โดยไม่ต้องใช้ตัวชี้

  1. Aฮีปมีสมาชิกไม่เกิน 100 ตัวเสมอ
  2. Bเป็นต้นไม้ทวิภาคสมบูรณ์ ตำแหน่งจึงเป็นไปตามสูตรดัชนีง่าย ๆ
  3. Cอาร์เรย์เก็บคีย์ให้เรียงลำดับโดยอัตโนมัติ จึงไม่ต้องใช้ตัวชี้
  4. Dคีย์ทั้งหมดในฮีปเท่ากัน
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

การค้นหาคีย์ใด ๆ ในฮีป min ทวิภาคที่มี n สมาชิกใช้เวลาเท่าใด

  1. AO(log log n)
  2. BO(log n)
  3. CO(1)
  4. DO(n)
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง
ABCDEFGวงจรออยเลอร์ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจรไม่ใช่ทั้งสองอย่าง

กราฟเชื่อมโยงนี้มีวงจรออยเลอร์ ทางเดินออยเลอร์ที่ไม่ใช่วงจร หรือไม่มีทั้งสองอย่าง ให้คลิกคำตอบของคุณ

|V| = 7|E| = 8
  1. 1วงจรออยเลอร์
  2. 2ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร
  3. 3ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1286212395ABCDEF

ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเริ่มจาก A ให้คลิกจุดยอดที่ถูกยืนยัน (ทำให้เป็นค่าถาวร) ในรอบที่ 3 โดย A เองคือรอบที่ 1

เริ่มต้น: Aรอบ 3
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · เส้นทางสั้นที่สุดในแง่จำนวนเส้นเชื่อมจากโหนดเริ่มต้น

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

BFS เยี่ยมโหนดตามลำดับระยะทาง (จำนวนเส้นเชื่อม) จากต้นทาง จึงหาเส้นทางสั้นที่สุดแบบไม่มีน้ำหนักได้ใน O(V + E)

คำตอบ

A · เส้นทางสั้นที่สุดในแง่จำนวนเส้นเชื่อมจากโหนดเริ่มต้น
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · เวลา O(n) และพื้นที่ O(1)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

แต่ละขั้นต้องการเพียงสองค่าก่อนหน้า ตารางของวิธีล่างขึ้นบนจึงแทนที่ด้วยตัวแปรสองตัวได้

คำตอบ

C · เวลา O(n) และพื้นที่ O(1)
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · เป็นต้นไม้ทวิภาคสมบูรณ์ ตำแหน่งจึงเป็นไปตามสูตรดัชนีง่าย ๆ

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ความสมบูรณ์หมายความว่าไม่มีช่องว่าง ลูกของดัชนี i จึงอยู่ที่ 2i + 1 และ 2i + 2 เสมอ

คำตอบ

B · เป็นต้นไม้ทวิภาคสมบูรณ์ ตำแหน่งจึงเป็นไปตามสูตรดัชนีง่าย ๆ
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · O(n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ฮีปไม่มีกฎบอกว่าต้นไม้ย่อยใดมีคีย์ ในกรณีเลวร้ายที่สุดต้องตรวจทุกโหนด เฉพาะค่าต่ำสุดเท่านั้นที่หาได้เร็ว

คำตอบ

D · O(n)
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร

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

ดีกรี

deg(A) = 2, deg(B) = 4, deg(C) = 3, deg(D) = 2, deg(E) = 2, deg(F) = 1, deg(G) = 2

จุดยอดคี่

C, F → 2
ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร

คำตอบ

ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร

ทางเดินออยเลอร์เริ่มที่จุดยอดคี่จุดหนึ่งและจบที่อีกจุดหนึ่ง

6.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): B: 12, C: 8
2. C (8): E: 10
3. E (10): D: 22, F: 19
4. B (12)
5. F (19)
6. D (22)

รอบ 3

E

คำตอบ

E

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