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

คุณเรียงอาร์เรย์ n สมาชิกหนึ่งครั้ง แล้วตอบคำถามการเป็นสมาชิก k ข้อด้วยการค้นหาแบบทวิภาค ต้นทุนรวมเท่าใด

  1. AO(n + k)
  2. BO(k n log n)
  3. CO(nk)
  4. DO(n log n + k log n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

การคูณแบบ Karatsuba ตรงตาม T(n) = 3T(n/2) + O(n) ผลเฉลยคืออะไร

  1. AΘ(n3)
  2. BΘ(nlog₂ 3) ประมาณ n1.585
  3. CΘ(n log n)
  4. DΘ(n²)
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

คิวถูกสร้างด้วยสแตกสองตัว: push ลงสแตก "in" และ pop จากสแตก "out" โดยเติมจาก "in" เมื่อว่าง ต้นทุนกระจายต่อการดำเนินการคือเท่าใด

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

วัตถุถูกเก็บเป็นคีย์ใน hash map จากนั้นฟิลด์ที่ฟังก์ชันแฮชใช้ถูกเปลี่ยน ผลลัพธ์ที่น่าจะเกิดคืออะไร

  1. Amap โยนข้อผิดพลาดทันทีที่ฟิลด์เปลี่ยน
  2. Bไม่มีอะไรเปลี่ยน เพราะแฮชของคีย์คำนวณเพียงครั้งเดียวตอนโปรแกรมเริ่มทำงาน
  3. Cการค้นหาวัตถุอาจล้มเหลว เพราะมันอยู่ในถังของแฮชเก่า
  4. Dmap ย้ายคีย์ไปถังใหม่โดยอัตโนมัติ
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง
ABCDEFGวงจรออยเลอร์ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจรไม่ใช่ทั้งสองอย่าง

กราฟเชื่อมโยงนี้มีวงจรออยเลอร์ ทางเดินออยเลอร์ที่ไม่ใช่วงจร หรือไม่มีทั้งสองอย่าง ให้คลิกคำตอบของคุณ

|V| = 7|E| = 12
  1. 1วงจรออยเลอร์
  2. 2ทางเดินออยเลอร์ ไม่มีวงจร
  3. 3ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง
6.ทฤษฎีกราฟยาก
31176141462ABCDEF

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(C) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป C ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: C
d(C) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: D · O(n log n + k log n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การเรียงใช้ O(n log n) และแต่ละคำถามใช้ O(log n) ดีกว่าการสแกนเชิงเส้น k ครั้ง (O(nk)) เมื่อ k มาก

คำตอบ

D · O(n log n + k log n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · Θ(nlog₂ 3) ประมาณ n1.585

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เนื่องจาก log₂ 3 ≈ 1.585 > 1 ใบจึงครอบงำตามทฤษฎีบทหลัก ดีกว่าวิธีคูณแบบโรงเรียน O(n²)

คำตอบ

B · Θ(nlog₂ 3) ประมาณ n1.585
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · O(1)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

แต่ละสมาชิกถูก push และ pop ไม่เกินสองครั้งรวม แม้การเติมหนึ่งครั้งอาจใช้ O(n) ค่าเฉลี่ยตลอดลำดับเป็น O(1)

คำตอบ

A · O(1)
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · การค้นหาวัตถุอาจล้มเหลว เพราะมันอยู่ในถังของแฮชเก่า

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ตำแหน่งของคีย์เลือกจากแฮชเก่า เมื่อแฮชใหม่ การค้นหาจะดูผิดถัง คีย์จึงควรเปลี่ยนแปลงไม่ได้ (immutable)

คำตอบ

C · การค้นหาวัตถุอาจล้มเหลว เพราะมันอยู่ในถังของแฮชเก่า
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) = 4, deg(D) = 4, deg(E) = 4, deg(F) = 2, deg(G) = 4

จุดยอดคี่

0
วงจรออยเลอร์

คำตอบ

วงจรออยเลอร์
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: d(C) = 10

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: 3, C: 11
B (3): C: 10, D: 9, E: 5
E (5): F: 11
D (9)
C (10)
F (11)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → B → C
d(C) = 10

คำตอบ

d(C) = 10

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