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

การเรียกซ้ำของ merge sort สำหรับอาร์เรย์ n สมาชิกมีกี่ระดับ

  1. Aประมาณ log₂ n
  2. Bประมาณ n
  3. Cประมาณ n / 2
  4. Dประมาณ √n
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

ข้อใดเกี่ยวกับ P และ NP ถูกต้อง

  1. Aทุกปัญหาใน P อยู่ใน NP ด้วย
  2. BNP หมายถึง "ไม่ใช่พหุนาม"
  3. Cปัญหา NP ตรวจสอบอย่างรวดเร็วไม่ได้
  4. Dได้พิสูจน์แล้วว่า P ≠ NP
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ทราย (trie หรือ prefix tree) มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษสำหรับ

  1. Aการค้นหาด้วยคำนำหน้า เช่น autocomplete
  2. Bการเก็บเมทริกซ์
  3. Cการเรียงตัวเลข
  4. Dการหาเส้นทางสั้นที่สุด
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

หากไม่มี union by rank หรือ path compression ต้นทุนในกรณีเลวร้ายที่สุดของ find หนึ่งครั้งในโครงสร้าง union-find ที่มี n สมาชิกคือเท่าใด

  1. AO(n)
  2. BO(1)
  3. CO(α(n))
  4. DO(log n)
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 11 จุดยอดและ 15 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 11|E| = 15
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
153104117915ABCDEF

ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเริ่มจาก A ให้คลิกจุดยอดที่ถูกยืนยัน (ทำให้เป็นค่าถาวร) ในรอบที่ 5 โดย A เองคือรอบที่ 1

เริ่มต้น: Aรอบ 5
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · ประมาณ log₂ n

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การแบ่งครึ่งจาก n ลงถึง 1 ใช้ประมาณ log₂ n ระดับ และแต่ละระดับทำงานผสาน O(n) ได้ O(n log n)

คำตอบ

A · ประมาณ log₂ n
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · ทุกปัญหาใน P อยู่ใน NP ด้วย

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

P ⊆ NP: ถ้าแก้ปัญหาได้เร็ว ก็ตรวจสอบคำตอบได้เร็ว ส่วนคำถามว่า P = NP หรือไม่ยังเป็นปัญหาเปิด

คำตอบ

A · ทุกปัญหาใน P อยู่ใน NP ด้วย
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · การค้นหาด้วยคำนำหน้า เช่น autocomplete

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Trie เก็บสตริงด้วยอักขระตามเส้นทาง การค้นหาและคำถามคำนำหน้าจึงใช้เวลาแปรผันตามความยาวคีย์

คำตอบ

A · การค้นหาด้วยคำนำหน้า เช่น autocomplete
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · O(n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การรวมอย่างไร้เดียงสาเชื่อมต้นไม้เป็นโซ่ยาวได้ find จึงอาจตามตัวชี้แม่ n − 1 ตัว ทั้งสองฮิวริสติกทำให้ใกล้ค่าคงที่

คำตอบ

A · O(n)
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 5

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

เส้นเชื่อมของต้นไม้ทอดข้าม

11 − 1 = 10

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 15 − 10 = 5

คำตอบ

k = 5
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: D

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

1. A (0): B: 15, C: 3
2. C (3): B: 13, E: 14
3. B (13): D: 17
4. E (14): F: 23
5. D (17)
6. F (23)

รอบ 5

D

คำตอบ

D

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