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

อัลกอริทึมใดหาเส้นทางสั้นที่สุดจากต้นทางหนึ่งในกราฟที่น้ำหนักเส้นเชื่อมไม่เป็นลบ

  1. Aการค้นหาในแนวลึก
  2. Bอัลกอริทึมของ Dijkstra
  3. Cต้องใช้ Bellman–Ford ในทุกกรณี
  4. Dอัลกอริทึมของ Kruskal
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

ต้องแสดงสองสิ่งใดเพื่อพิสูจน์ว่าปัญหาการตัดสินใจ X เป็น NP-complete

  1. AX อยู่ใน P และ X ลดรูปไปเป็น SAT
  2. BX ลดรูปไปเป็นปัญหาใน P และ X อยู่ใน NP
  3. CX อยู่ใน NP และปัญหา NP-complete ที่ทราบลดรูปมาเป็น X ในเวลาพหุนาม
  4. DX ไม่มีอัลกอริทึมพหุนาม และ X ตัดสินได้
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ความสูงในกรณีเลวร้ายที่สุดของ binary search tree ที่มี n โหนดคือเท่าใด ถ้าแทรกคีย์ตามลำดับที่เรียงแล้ว

  1. Alog₂ n
  2. B1
  3. Cn (กลายเป็นลิงก์ลิสต์)
  4. D√n
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

ในบัฟเฟอร์วงกลม front == rear อาจหมายถึงว่างหรือเต็ม วิธีทั่วไปในการแยกสองกรณีคืออะไร

  1. Aทำให้ขนาดบัฟเฟอร์เป็นเลขกำลังสอง
  2. Bเก็บจำนวนสมาชิกแยกต่างหาก หรือเว้นหนึ่งช่องไว้เสมอ
  3. Cล้างบัฟเฟอร์ทุกครั้งที่ front เท่ากับ rear ดังนั้นสถานะจึงเป็นว่าง
  4. Dเก็บ front และ rear ในตัวแปรเดียวกัน
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 3 จุดยอดดีกรี 3, 2 จุดยอดดีกรี 4, 4 จุดยอดดีกรี 2 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

3 × deg 32 × deg 44 × deg 2
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
91121108148ABCDEF

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(D) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป D ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: D
d(D) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · อัลกอริทึมของ Dijkstra

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

อัลกอริทึมของ Dijkstra ใช้ได้กับน้ำหนักที่ไม่เป็นลบ ส่วน Bellman–Ford รองรับน้ำหนักติดลบ และ Kruskal สร้างต้นไม้ทอดข้ามที่น้อยที่สุด

คำตอบ

B · อัลกอริทึมของ Dijkstra
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · X อยู่ใน NP และปัญหา NP-complete ที่ทราบลดรูปมาเป็น X ในเวลาพหุนาม

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การเป็นสมาชิกของ NP แสดงว่า X ไม่ยากกว่า NP ส่วนการลดรูปจากปัญหา NP-complete ที่ทราบแสดงว่า X ยากอย่างน้อยเท่าทั้ง NP

คำตอบ

C · X อยู่ใน NP และปัญหา NP-complete ที่ทราบลดรูปมาเป็น X ในเวลาพหุนาม
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · n (กลายเป็นลิงก์ลิสต์)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การแทรกตามลำดับสร้างต้นไม้เสื่อมที่มีความสูง n ทำให้การค้นหาเป็น O(n) ต้นไม้สมดุลป้องกันเรื่องนี้

คำตอบ

C · n (กลายเป็นลิงก์ลิสต์)
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · เก็บจำนวนสมาชิกแยกต่างหาก หรือเว้นหนึ่งช่องไว้เสมอ

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เมื่อมีตัวนับ ว่างคือ count = 0 และเต็มคือ count = ความจุ เมื่อเว้นหนึ่งช่อง เต็มนิยามเป็น (rear + 1) mod n == front

คำตอบ

B · เก็บจำนวนสมาชิกแยกต่างหาก หรือเว้นหนึ่งช่องไว้เสมอ
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: L = 9

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 + 9) − 2
L = 9

คำตอบ

L = 9

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

6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: d(D) = 11

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: 9
B (9): C: 20, D: 11, E: 17
D (11): F: 19
E (17): C: 18
C (18)
F (19)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → B → D
d(D) = 11

คำตอบ

d(D) = 11

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