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

ในปัญหาการเลือกกิจกรรม กฎละโมบข้อใดให้จำนวนกิจกรรมที่ไม่ทับซ้อนกันมากที่สุดเสมอ

  1. Aเลือกกิจกรรมที่เสร็จเร็วที่สุด แล้วทำซ้ำกับกิจกรรมที่เข้ากันได้
  2. Bเลือกกิจกรรมที่ทับซ้อนกับผู้อื่นน้อยที่สุดก่อน แล้วทำซ้ำกับกิจกรรมที่เข้ากันได้
  3. Cเลือกกิจกรรมที่เริ่มเร็วที่สุด
  4. Dเลือกกิจกรรมที่สั้นที่สุดก่อน
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เพื่อแสดงว่าปัญหาใหม่ X เป็น NP-hard คุณต้องทำอะไร

  1. Aแสดงว่า X ไม่มีอัลกอริทึมพหุนามสำหรับอินพุตเล็ก
  2. Bแสดงว่า X ตรวจสอบได้ในเวลาพหุนาม
  3. Cลดรูปปัญหา NP-hard ที่ทราบมาเป็น X ในเวลาพหุนาม
  4. Dลดรูป X ไปเป็นปัญหา NP-hard ที่ทราบในเวลาพหุนาม
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

เหตุใดฮีปทวิภาคจึงเก็บในอาร์เรย์ได้โดยไม่ต้องใช้ตัวชี้

  1. Aคีย์ทั้งหมดในฮีปเท่ากัน
  2. Bเป็นต้นไม้ทวิภาคสมบูรณ์ ตำแหน่งจึงเป็นไปตามสูตรดัชนีง่าย ๆ
  3. Cอาร์เรย์เก็บคีย์ให้เรียงลำดับโดยอัตโนมัติ จึงไม่ต้องใช้ตัวชี้
  4. Dฮีปมีสมาชิกไม่เกิน 100 ตัวเสมอ
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

เวลาทำงานของการค้นหาในแนวกว้างบนกราฟที่มี V จุดยอดที่เก็บเป็นเมทริกซ์ประชิดคือเท่าใด

  1. AO(V + E)
  2. BO(E log V)
  3. CO(V)
  4. DO(V²)
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 2 จุดยอดดีกรี 3 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

2 × deg 3
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
ABCDEF

มีวอล์กความยาว 2 จาก C ไป D กี่วอล์ก วอล์กอาจซ้ำจุดยอดและเส้นเชื่อมได้ เรียกจำนวนนี้ว่า N

M = เมทริกซ์ประชิดL = 2
N =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · เลือกกิจกรรมที่เสร็จเร็วที่สุด แล้วทำซ้ำกับกิจกรรมที่เข้ากันได้

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การเลือกเวลาเสร็จที่เร็วที่สุดพิสูจน์ได้ว่าเหมาะสมที่สุดด้วยข้อโต้แย้งการแลกเปลี่ยน ส่วนกฎอื่นมีตัวอย่างค้าน

คำตอบ

A · เลือกกิจกรรมที่เสร็จเร็วที่สุด แล้วทำซ้ำกับกิจกรรมที่เข้ากันได้
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · ลดรูปปัญหา NP-hard ที่ทราบมาเป็น X ในเวลาพหุนาม

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ถ้าปัญหายากที่ทราบแปลงเป็น X ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อัลกอริทึมเร็วสำหรับ X ก็จะแก้ปัญหาที่ทราบได้ด้วย

คำตอบ

C · ลดรูปปัญหา NP-hard ที่ทราบมาเป็น X ในเวลาพหุนาม
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(V²)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

จุดยอดทั้ง V สแกนแถวที่มี V ช่อง ได้ O(V²) ส่วนรายการประชิดทำให้ BFS เป็น O(V + E)

คำตอบ

D · O(V²)
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: L = 4

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 + 6 = 2(L + 2) − 2
L = 4

คำตอบ

L = 4

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

6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: N = 2

ดีกรี: ดีกรีของจุดยอดคือจำนวนเส้นเชื่อมที่มาบรรจบที่จุดนั้น เส้นเชื่อมแต่ละเส้นมีสองปลาย ดังนั้นผลบวกของดีกรีเท่ากับสองเท่าของจำนวนเส้นเชื่อม: Σ deg(v) = 2|E| (เล็มมาการจับมือ) ดังนั้นจำนวนจุดยอดที่มีดีกรีคี่เป็นจำนวนคู่ Kn มีเส้นเชื่อม n(n − 1)/2 เส้น กราฟปรกติดีกรี k ที่มี n จุดยอดมี nk/2 เส้น และต้นไม้ที่มี n จุดยอดมี n − 1 เส้นเชื่อม

เมทริกซ์ประชิด

A: 0 1 1 0 0 0
B: 1 0 1 1 0 0
C: 1 1 0 0 1 0
D: 0 1 0 0 1 1
E: 0 0 1 1 0 0
F: 0 0 0 1 0 0

เพื่อนบ้านร่วม

(M²)CD = 1·0 + 1·1 + 0·0 + 0·0 + 1·1 + 0·1 = 2

คำตอบ

N = 2

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