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

ด้วยเหรียญ 1, 3 และ 4 และยอด 6 วิธีละโมบ "หยิบเหรียญใหญ่สุดก่อน" ใช้เหรียญกี่เหรียญเมื่อเทียบกับค่าที่เหมาะสมที่สุด

  1. Aละโมบใช้ 3 เหรียญ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 2
  2. Bละโมบใช้ 3 เหรียญ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 3
  3. Cละโมบใช้ 4 เหรียญ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 3
  4. Dละโมบใช้ 2 เหรียญ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 2
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

ต้นทุนแบบกระจายของการเพิ่มค่าตัวนับฐานสองหนึ่งครั้งคือเท่าใด เมื่อการเพิ่มหนึ่งครั้งอาจพลิกหลายบิต

  1. AO(n log n) ต่อการเพิ่มหนึ่งครั้ง
  2. BO(n) ต่อการเพิ่มหนึ่งครั้ง
  3. CO(1) ต่อการเพิ่มหนึ่งครั้ง
  4. DO(log n) ต่อการเพิ่มหนึ่งครั้ง
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ข้อใดเป็นจริงเกี่ยวกับเมทริกซ์ประชิดของกราฟไม่มีทิศทาง

  1. Aเส้นทแยงมุมหลักมีเลขหนึ่งเสมอ
  2. Bแต่ละแถวมี 1 เพียงตัวเดียวพอดี
  3. Cสมมาตรเทียบกับเส้นทแยงมุมหลัก
  4. Dเป็นเมทริกซ์สามเหลี่ยมบนเสมอ
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

splay tree ทำอะไรหลังการเข้าถึงแต่ละครั้ง

  1. Aเปลี่ยนสีโหนดตามเส้นทางการค้นหา
  2. Bหมุนโหนดที่เข้าถึงขึ้นไปที่ราก
  3. Cสร้างต้นไม้ใหม่ทั้งหมดให้สมดุล
  4. Dย้ายโหนดที่เข้าถึงไปเป็นใบ
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 3 จุดยอดดีกรี 3, 2 จุดยอดดีกรี 4, 2 จุดยอดดีกรี 2 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

3 × deg 32 × deg 42 × deg 2
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1011361012411128ABCDEFG

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(F) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป F ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: F
d(F) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · ละโมบใช้ 3 เหรียญ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 2

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

วิธีละโมบหยิบ 4 + 1 + 1 = 3 เหรียญ แต่ 3 + 3 ใช้เพียง 2 วิธีละโมบจึงไม่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบเหรียญนี้ การโปรแกรมพลวัตทำได้

คำตอบ

A · ละโมบใช้ 3 เหรียญ ค่าที่เหมาะสมที่สุดคือ 2
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · O(1) ต่อการเพิ่มหนึ่งครั้ง

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ตลอดการเพิ่ม n ครั้ง บิต i พลิกประมาณ n / 2ⁱ ครั้ง ผลรวมจึงน้อยกว่า 2n การพลิก เฉลี่ย O(1) ต่อครั้ง

คำตอบ

C · O(1) ต่อการเพิ่มหนึ่งครั้ง
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · สมมาตรเทียบกับเส้นทแยงมุมหลัก

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ในกราฟไม่มีทิศทาง เส้นเชื่อม {u, v} หมายความว่าทั้ง M[u][v] และ M[v][u] ถูกตั้งค่า เมทริกซ์จึงเท่ากับทรานสโพสของมัน

คำตอบ

C · สมมาตรเทียบกับเส้นทแยงมุมหลัก
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · หมุนโหนดที่เข้าถึงขึ้นไปที่ราก

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การ splay ย้ายโหนดที่เข้าถึงไปที่รากด้วยการหมุน การดำเนินการหนึ่งครั้งอาจใช้ O(n) แต่ต้นทุนกระจายเป็น O(log n)

คำตอบ

B · หมุนโหนดที่เข้าถึงขึ้นไปที่ราก
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: L = 9

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

เล็มมาการจับมือสำหรับต้นไม้

L + 21 = 2(L + 7) − 2
L = 9

คำตอบ

L = 9

ทางลัด: L = 2 + Σ (d − 2) ของจุดยอดที่มีดีกรี d ≥ 3

6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: d(F) = 20

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): C: 10
C (10): B: 11, E: 16
B (11): D: 24, G: 22
E (16): F: 20
F (20)
G (22)
D (24)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → C → E → F
d(F) = 20

คำตอบ

d(F) = 20

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