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. Bอาร์เรย์ที่เรียงแบบสุ่ม
  3. Cอาร์เรย์ความยาว 2
  4. Dอาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้ว
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เหตุใดการค้นหาแบบทวิภาคจึงไม่ให้เวลา O(log n) บนรายการเชื่อมโยงเดี่ยว

  1. Aการค้นหาแบบทวิภาคต้องใช้หน่วยความจำอย่างน้อยสองเท่า
  2. Bการไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้
  3. Cการเปรียบเทียบบนโหนดของรายการเชื่อมโยงช้ากว่า
  4. Dรายการเชื่อมโยงเรียงลำดับไม่ได้
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อตารางแฮช rehash หลังตัวประกอบการโหลดเกินเกณฑ์

  1. Aคีย์ที่มีอยู่ถูกเรียงในที่เดิม
  2. Bคีย์เก่าที่สุดถูกลบเพื่อให้มีที่ว่าง
  3. Cย้ายเฉพาะคีย์ที่ชนกันไปยังลิสต์ล้นใหม่ที่ท้ายตาราง
  4. Dจัดสรรตารางใหม่ที่ใหญ่กว่าและแทรกทุกคีย์ใหม่
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

คีย์ 5, 3, 8, 1 ถูกแทรกตามลำดับนี้ลงใน min-heap ทวิภาคแบบอาร์เรย์ที่ว่าง อาร์เรย์สุดท้ายคืออะไร

  1. A[1, 3, 5, 8]
  2. B[1, 3, 8, 5]
  3. C[3, 1, 8, 5]
  4. D[1, 5, 8, 3]
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 2 จุดยอดดีกรี 3 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

2 × deg 3
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1025192019ABCDE

ขั้นตอนวิธีของพริมสร้างต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดโดยเริ่มจากจุดยอด B ให้คลิกเส้นเชื่อมที่เพิ่มเป็นเส้นหมายเลข 2

เริ่มต้น: Bk = 2
  1. 1เส้นเชื่อม AB
  2. 2เส้นเชื่อม AC
  3. 3เส้นเชื่อม BC
  4. 4เส้นเชื่อม BD
  5. 5เส้นเชื่อม CE
  6. 6เส้นเชื่อม DE
  7. 7เส้นเชื่อม BE

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: D · อาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้ว

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

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

คำตอบ

D · อาร์เรย์ที่เรียงลำดับแล้ว
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · การไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การค้นหาแบบทวิภาคต้องเข้าถึงสมาชิกตรงกลางใน O(1) บนรายการเชื่อมโยงการเดินไปถึงต้องใช้เวลาเชิงเส้น ผลรวมจึงเป็น O(n)

คำตอบ

B · การไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · จัดสรรตารางใหม่ที่ใหญ่กว่าและแทรกทุกคีย์ใหม่

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เนื่องจากดัชนีคำนวณแบบ modulo ขนาดตาราง ทุกคีย์ต้องถูกแฮชใหม่ลงตารางที่ใหญ่ขึ้น เมื่อเพิ่มเป็นสองเท่า ยังคงเป็น O(1) แบบกระจายต้นทุน

คำตอบ

D · จัดสรรตารางใหม่ที่ใหญ่กว่าและแทรกทุกคีย์ใหม่
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · [1, 3, 8, 5]

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

หลัง 5, 3, 8 อาร์เรย์เป็น [3, 5, 8] 1 ไปอยู่ดัชนี 3 สลับกับแม่ 5 แล้วสลับกับ 3 ได้ [1, 3, 8, 5]

คำตอบ

B · [1, 3, 8, 5]
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: เส้นเชื่อม BC

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

ขั้นตอนวิธีของพริม

1. BD (1)
2. BC (5)
3. AC (2)
4. CE (9)

เส้นเชื่อมหมายเลข 2

BC

คำตอบ

เส้นเชื่อม BC

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