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

quicksort ใช้สมาชิกตัวแรกเป็นตัวหลักเสมอ อินพุตแบบใดแสดงพฤติกรรมกรณีเลวร้ายที่สุดของมัน

  1. Aอาร์เรย์ที่สมาชิกทุกตัวต่างกัน
  2. Bอาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้ว
  3. Cอาร์เรย์ความยาว 2
  4. Dอาร์เรย์ที่เรียงแบบสุ่ม
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เส้นทางง่ายที่สั้นที่สุดหาได้ในเวลาพหุนาม สิ่งใดที่ทราบเกี่ยวกับการหาเส้นทางง่ายที่ยาวที่สุดระหว่างสองจุดยอดในกราฟทั่วไป

  1. Aแก้ได้ด้วยอัลกอริทึมของ Dijkstra โดยกลับเครื่องหมายน้ำหนัก
  2. Bตัดสินไม่ได้
  3. Cแก้ได้ใน O(V + E) เสมอ
  4. Dเป็น NP-hard
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

จุดประสงค์ของโหนดยามเฝ้า (sentinel หรือ dummy) ในลิงก์ลิสต์คืออะไร

  1. Aทำให้ลิสต์เรียงลำดับ
  2. Bเพื่อป้องกันไม่ให้ลิสต์ขยายเกินจำนวนโหนดสูงสุดที่กำหนดไว้
  3. Cทำให้โค้ดง่ายขึ้นโดยตัดกรณีพิเศษที่หัวหรือท้าย
  4. Dเก็บจำนวนสมาชิก
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

ในอัลกอริทึมต้นไม้ทอดข้ามที่น้อยที่สุดของ Kruskal โครงสร้าง union-find ใช้เพื่อ

  1. Aเรียงเส้นเชื่อมตามน้ำหนัก
  2. Bเลือกจุดยอดเริ่มต้น
  3. Cเก็บระยะทางปัจจุบันของแต่ละจุดยอดจากต้นทางระหว่างการค้นหา
  4. Dตรวจว่าปลายทั้งสองของเส้นเชื่อมเชื่อมต่อกันอยู่แล้วหรือไม่
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 12 จุดยอดและ 16 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 12|E| = 16
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
208161219176ABCDEF

จงหาน้ำหนักรวม W ของต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดของกราฟถ่วงน้ำหนัก

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

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · อาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้ว

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

บนอินพุตที่เรียงแล้ว ตัวหลักเป็นค่าต่ำสุดเสมอ ฝั่งหนึ่งว่างและอีกฝั่งมี n − 1 ตัว ได้ O(n²)

คำตอบ

B · อาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้ว
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: D · เป็น NP-hard

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เส้นทางง่ายที่ยาวที่สุดที่ยาว V − 1 คือเส้นทางแฮมิลตัน ซึ่งเป็นปัญหา NP-complete แต่บนกราฟมีทิศทางแบบไม่มีวงจรแก้ได้ในเวลาเชิงเส้น

คำตอบ

D · เป็น NP-hard
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · ทำให้โค้ดง่ายขึ้นโดยตัดกรณีพิเศษที่หัวหรือท้าย

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ด้วย sentinel ทุกโหนดจริงมีโหนดก่อนหน้า การแทรกหรือลบที่หัวจึงไม่ต้องจัดการพิเศษ

คำตอบ

C · ทำให้โค้ดง่ายขึ้นโดยตัดกรณีพิเศษที่หัวหรือท้าย
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · ตรวจว่าปลายทั้งสองของเส้นเชื่อมเชื่อมต่อกันอยู่แล้วหรือไม่

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Find บอกว่าปลายทั้งสองอยู่ในส่วนประกอบเดียวกันหรือไม่ ถ้าไม่ ก็เพิ่มเส้นเชื่อมและ union รวมส่วนประกอบ

คำตอบ

D · ตรวจว่าปลายทั้งสองของเส้นเชื่อมเชื่อมต่อกันอยู่แล้วหรือไม่
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

12 − 1 = 11

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 16 − 11 = 5

คำตอบ

k = 5
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: W = 41

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
BE (6): เลือก
AC (8): เลือก
DE (9): เลือก
BD (12): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
BC (16): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
DF (17): เลือก

น้ำหนักรวม

W = 1 + 6 + 8 + 9 + 17 = 41

คำตอบ

W = 41

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