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

ความซับซ้อนเชิงเวลาของอัลกอริทึม Bellman–Ford บนกราฟที่มี V จุดยอดและ E เส้นเชื่อมคือเท่าใด

  1. AO(E log V)
  2. BO(V × E)
  3. CO(V³ × E)
  4. DO(V + E)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีผู้พบอัลกอริทึมเวลาพหุนามสำหรับปัญหา NP-complete หนึ่งข้อ

  1. Aอัลกอริทึมเวลาเอกซ์โพเนนเชียลทั้งหมดจะทำงานในเวลาเชิงเส้นทันที
  2. Bเฉพาะปัญหานั้นปัญหาเดียวที่ย้ายเข้า P
  3. Cปัญหาการหยุดจะตัดสินได้
  4. Dทุกปัญหาใน NP แก้ได้ในเวลาพหุนาม ดังนั้น P = NP
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ในฮีปทวิภาคที่เก็บในอาร์เรย์เริ่มที่ดัชนี 0 แม่ของโหนดที่ดัชนี i อยู่ที่ใด

  1. Aที่ดัชนี ⌊i / 2⌋ + 1
  2. Bที่ดัชนี 2i + 1
  3. Cที่ดัชนี i − 1
  4. Dที่ดัชนี ⌊(i − 1) / 2⌋
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

radix tree (compressed trie) ปรับปรุง trie ธรรมดาอย่างไร

  1. Aรวมโซ่ของโหนดที่มีลูกตัวเดียวเป็นเส้นเชื่อมเดียวที่ติดป้ายด้วยสตริง
  2. Bเก็บเฉพาะตัวอักษรแรกของแต่ละคำ
  3. Cเรียงลูกของแต่ละโหนดตามความถี่
  4. Dเก็บแต่ละคำไว้ในตารางแฮชที่ราก แทนที่จะเก็บในโหนดแยกกัน
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง
ABCDEวงจรออยเลอร์ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจรไม่ใช่ทั้งสองอย่าง

กราฟเชื่อมโยงนี้มีวงจรออยเลอร์ ทางเดินออยเลอร์ที่ไม่ใช่วงจร หรือไม่มีทั้งสองอย่าง ให้คลิกคำตอบของคุณ

|V| = 5|E| = 6
  1. 1วงจรออยเลอร์
  2. 2ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร
  3. 3ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง
6.ทฤษฎีกราฟยาก
914918121215ABCDEF

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(F) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป F ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: F
d(F) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · O(V × E)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

แต่ละรอบจาก V − 1 รอบผ่อนคลายเส้นเชื่อมทั้ง E เส้น ได้ O(VE) แลกกับการรองรับน้ำหนักเส้นเชื่อมติดลบ

คำตอบ

B · O(V × E)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: D · ทุกปัญหาใน NP แก้ได้ในเวลาพหุนาม ดังนั้น P = NP

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เนื่องจากทั้ง NP ลดรูปมาเป็นปัญหา NP-complete ใด ๆ ได้ในเวลาพหุนาม อัลกอริทึมเร็วสำหรับข้อหนึ่งจึงให้อัลกอริทึมเร็วสำหรับทั้งหมด

คำตอบ

D · ทุกปัญหาใน NP แก้ได้ในเวลาพหุนาม ดังนั้น P = NP
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · ที่ดัชนี ⌊(i − 1) / 2⌋

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ลูกของ i อยู่ที่ 2i + 1 และ 2i + 2 ดังนั้นแม่ของ i คือ ⌊(i − 1) / 2⌋ ถ้าดัชนีเริ่มที่ 1 จะเป็น ⌊i / 2⌋

คำตอบ

D · ที่ดัชนี ⌊(i − 1) / 2⌋
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · รวมโซ่ของโหนดที่มีลูกตัวเดียวเป็นเส้นเชื่อมเดียวที่ติดป้ายด้วยสตริง

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การยุบเส้นทางที่ไม่แตกกิ่งลดจำนวนโหนดและหน่วยความจำที่ใช้ โดยยังรักษาการค้นหาด้วยคำนำหน้า

คำตอบ

A · รวมโซ่ของโหนดที่มีลูกตัวเดียวเป็นเส้นเชื่อมเดียวที่ติดป้ายด้วยสตริง
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) = 4, deg(C) = 2, deg(D) = 2, deg(E) = 2

จุดยอดคี่

0
วงจรออยเลอร์

คำตอบ

วงจรออยเลอร์
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: d(F) = 22

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: 9, C: 14
B (9): D: 10, E: 24
D (10): E: 18, F: 22
C (14)
E (18)
F (22)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → B → D → F
d(F) = 22

คำตอบ

d(F) = 22

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