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

ความสัมพันธ์เวียนเกิด T(n) = 2T(n − 1) + O(1) มีผลเฉลยเป็นเท่าใด

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

ปัญหาความสอดคล้องข้อใดต่อไปนี้ทราบว่าแก้ได้ในเวลาพหุนาม

  1. A3-SAT ซึ่งแต่ละวลีมีลิเทอรัลสามตัวพอดี
  2. B2-SAT ซึ่งแต่ละวลีมีลิเทอรัลไม่เกินสองตัว
  3. CSAT ทั่วไปบนสูตรรูปแบบนอร์มัลเชิงเชื่อม
  4. Dความสอดคล้องของวงจร
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ต้นไม้ AVL รักษาเงื่อนไขสมดุลใดที่ทุกโหนด

  1. Aทุกโหนดถูกระบายสีแดงหรือดำ
  2. Bความสูงของต้นไม้ย่อยซ้ายและขวาต่างกันไม่เกิน 1
  3. Cต้นไม้ย่อยทั้งสองของทุกโหนดมีจำนวนโหนดเท่ากันพอดี
  4. Dใบทั้งหมดอยู่ที่ความลึกเดียวกันพอดี
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

ภายใต้การแฮชสม่ำเสมออย่างง่าย เวลาคาดหมายของการค้นหาในตารางแฮชแบบ chaining ที่มี n คีย์และ m ถังคือเท่าใด

  1. AO(n)
  2. BO(m)
  3. CO(log n)
  4. DO(1 + α) เมื่อ α = n / m
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 3 จุดยอดดีกรี 3, 2 จุดยอดดีกรี 5, 3 จุดยอดดีกรี 2 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

3 × deg 32 × deg 53 × deg 2
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1410111522142ABCDEF

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(F) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป F ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: F
d(F) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · O(2ⁿ)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

จำนวนการเรียกเพิ่มเป็นสองเท่าในแต่ละระดับและมี n ระดับ ผลรวมจึงประมาณ 2ⁿ เช่นเดียวกับหอคอยฮานอย

คำตอบ

C · O(2ⁿ)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · 2-SAT ซึ่งแต่ละวลีมีลิเทอรัลไม่เกินสองตัว

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

2-SAT อยู่ใน P (เวลาเชิงเส้นผ่านส่วนประกอบเชื่อมโยงเข้มแข็ง) ส่วน 3-SAT เป็น NP-complete

คำตอบ

B · 2-SAT ซึ่งแต่ละวลีมีลิเทอรัลไม่เกินสองตัว
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · ความสูงของต้นไม้ย่อยซ้ายและขวาต่างกันไม่เกิน 1

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ตัวประกอบสมดุล (ความสูงซ้าย − ความสูงขวา) ต้องเป็น −1, 0 หรือ 1 การหมุนคืนสมดุลหลังการแทรกและการลบ

คำตอบ

B · ความสูงของต้นไม้ย่อยซ้ายและขวาต่างกันไม่เกิน 1
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · O(1 + α) เมื่อ α = n / m

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การคำนวณแฮชมีต้นทุน O(1) และความยาวโซ่คาดหมายคือ α การรักษา α ให้มีขอบเขตด้วยการปรับขนาดจึงได้เวลาคาดหมาย O(1)

คำตอบ

D · O(1 + α) เมื่อ α = n / m
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: L = 11

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 + 25 = 2(L + 8) − 2
L = 11

คำตอบ

L = 11

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): B: 14, C: 10
C (10)
B (14): D: 29, E: 16
E (16): D: 18, F: 30
D (18): F: 20
F (20)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → B → E → D → F
d(F) = 20

คำตอบ

d(F) = 20

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