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

ความซับซ้อนเชิงเวลาของการคูณเมทริกซ์ n × n สองเมทริกซ์ด้วยลูปสามชั้นมาตรฐานคือเท่าใด

  1. AO(n² log n)
  2. BO(n²)
  3. CO(n³)
  4. DO(n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เหตุใดการค้นหาแบบทวิภาคจึงไม่ให้เวลา O(log n) บนรายการเชื่อมโยงเดี่ยว

  1. Aรายการเชื่อมโยงเรียงลำดับไม่ได้
  2. Bการค้นหาแบบทวิภาคต้องใช้หน่วยความจำอย่างน้อยสองเท่า
  3. Cการไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้
  4. Dการเปรียบเทียบบนโหนดของรายการเชื่อมโยงช้ากว่า
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

สมาชิกใหม่ถูกแทรกลงในฮีปทวิภาคอย่างไร

  1. Aวางที่ท้ายอาร์เรย์และเลื่อนขึ้น (sift up) ตราบที่ยังละเมิดคุณสมบัติฮีป
  2. Bสร้างฮีปใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น
  3. Cแทรกที่ตำแหน่งตามลำดับโดยเลื่อนสมาชิกที่ใหญ่กว่าทั้งหมดไปทางขวาหนึ่งตำแหน่ง
  4. Dวางที่รากและเลื่อนลง
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

segment tree มักใช้เพื่อ

  1. Aตอบคำถามช่วง (เช่น ผลรวมช่วง) และอัปเดตใน O(log n)
  2. Bเรียงสตริงตามตัวอักษรโดยเก็บแต่ละคำนำหน้าไว้ในโหนดต้นไม้แยกกัน
  3. Cเก็บเส้นเชื่อมของกราฟ
  4. Dสร้างสแตก
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง
ABCDEวงจรออยเลอร์ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจรไม่ใช่ทั้งสองอย่าง

กราฟเชื่อมโยงนี้มีวงจรออยเลอร์ ทางเดินออยเลอร์ที่ไม่ใช่วงจร หรือไม่มีทั้งสองอย่าง ให้คลิกคำตอบของคุณ

|V| = 5|E| = 5
  1. 1วงจรออยเลอร์
  2. 2ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร
  3. 3ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1216111151023ABCDEF

จงหาน้ำหนักรวม W ของต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดของกราฟถ่วงน้ำหนัก

|V| = 6|E| = 8
W =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · O(n³)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

มี n² ช่องและแต่ละช่องต้องคูณ n ครั้ง ได้ n³ การดำเนินการ

คำตอบ

C · O(n³)
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: A · วางที่ท้ายอาร์เรย์และเลื่อนขึ้น (sift up) ตราบที่ยังละเมิดคุณสมบัติฮีป

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การเพิ่มที่ท้ายรักษาต้นไม้ให้สมบูรณ์ การสลับกับแม่คืนลำดับใน O(log n) ขั้นตอน

คำตอบ

A · วางที่ท้ายอาร์เรย์และเลื่อนขึ้น (sift up) ตราบที่ยังละเมิดคุณสมบัติฮีป
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · ตอบคำถามช่วง (เช่น ผลรวมช่วง) และอัปเดตใน O(log n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Segment tree เก็บค่ารวมของช่วง รองรับคำถามช่วงและการอัปเดตจุดในเวลา O(log n)

คำตอบ

A · ตอบคำถามช่วง (เช่น ผลรวมช่วง) และอัปเดตใน O(log n)
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: วงจรออยเลอร์

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) = 2, deg(C) = 2, deg(D) = 2, deg(E) = 2

จุดยอดคี่

0
วงจรออยเลอร์

คำตอบ

วงจรออยเลอร์
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: W = 28

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

CE (1): เลือก
EF (2): เลือก
BE (3): เลือก
DF (10): เลือก
BD (11): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
AB (12): เลือก

น้ำหนักรวม

W = 1 + 2 + 3 + 10 + 12 = 28

คำตอบ

W = 28

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