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

การที่ปัญหามีโครงสร้างย่อยเหมาะสมที่สุด (optimal substructure) หมายความว่าอย่างไร

  1. Aคำตอบที่เหมาะสมที่สุดสร้างได้จากคำตอบที่เหมาะสมที่สุดของปัญหาย่อย
  2. Bทุกปัญหาย่อยมีขนาดเท่ากัน
  3. Cปัญหาแก้ได้ในเวลาคงที่
  4. Dปัญหามีคำตอบที่เหมาะสมที่สุดเพียงคำตอบเดียว ซึ่งทุกปัญหาย่อยใช้ร่วมกัน
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เหตุใดการค้นหาเฉลี่ยในตารางแฮชจึงเป็น O(1) แต่กรณีเลวร้ายที่สุดเป็น O(n)

  1. Aอาร์เรย์เข้าถึงใน O(n)
  2. Bฟังก์ชันแฮชช้า
  3. Cต้องเรียงคีย์ก่อน
  4. Dคีย์จำนวนมากอาจชนกันไปอยู่ในถังเดียวกัน
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

โหนดใน binary search tree มีต้นไม้ย่อยขวา in-order successor ของมันอยู่ที่ใด

  1. Aแม่ของมันเสมอ
  2. Bโหนดซ้ายสุดของต้นไม้ย่อยขวา
  3. Cโหนดขวาสุดของต้นไม้ย่อยซ้าย
  4. Dลูกขวาของมันเสมอ
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

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

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

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

4 × deg 32 × deg 2
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
5792019101ABCDE

จงหาน้ำหนักรวม W ของต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดของกราฟถ่วงน้ำหนัก

|V| = 5|E| = 7
W =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · คำตอบที่เหมาะสมที่สุดสร้างได้จากคำตอบที่เหมาะสมที่สุดของปัญหาย่อย

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

โครงสร้างย่อยเหมาะสมที่สุดจำเป็นสำหรับทั้งอัลกอริทึมละโมบและการโปรแกรมพลวัตเพื่อให้ได้คำตอบที่ถูกต้อง

คำตอบ

A · คำตอบที่เหมาะสมที่สุดสร้างได้จากคำตอบที่เหมาะสมที่สุดของปัญหาย่อย
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: D · คีย์จำนวนมากอาจชนกันไปอยู่ในถังเดียวกัน

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เมื่อมีฟังก์ชันแฮชที่ดีและตัวประกอบการโหลดเหมาะสม ถังจะสั้นโดยเฉลี่ย แต่การโจมตีหรือแฮชที่แย่อาจทำให้ทุกคีย์ไปอยู่ในถังเดียว

คำตอบ

D · คีย์จำนวนมากอาจชนกันไปอยู่ในถังเดียวกัน
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · โหนดซ้ายสุดของต้นไม้ย่อยขวา

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

คีย์ที่ใหญ่กว่าที่อยู่ใกล้โหนดอยู่ในต้นไม้ย่อยขวา และตัวที่เล็กที่สุดคือโหนดซ้ายสุดที่นั่น

คำตอบ

B · โหนดซ้ายสุดของต้นไม้ย่อยขวา
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · O(n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การรวมอย่างไร้เดียงสาเชื่อมต้นไม้เป็นโซ่ยาวได้ find จึงอาจตามตัวชี้แม่ n − 1 ตัว ทั้งสองฮิวริสติกทำให้ใกล้ค่าคงที่

คำตอบ

C · O(n)
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: L = 6

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 + 16 = 2(L + 6) − 2
L = 6

คำตอบ

L = 6

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

6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: W = 23

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

ขั้นตอนวิธีของครัสคัล

BE (1): เลือก
AB (5): เลือก
AC (7): เลือก
BC (9): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
DE (10): เลือก

น้ำหนักรวม

W = 1 + 5 + 7 + 10 = 23

คำตอบ

W = 23

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