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

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีผู้พบอัลกอริทึมเวลาพหุนามสำหรับปัญหา NP-complete หนึ่งข้อ

  1. Aปัญหาการหยุดจะตัดสินได้
  2. Bทุกปัญหาใน NP แก้ได้ในเวลาพหุนาม ดังนั้น P = NP
  3. Cอัลกอริทึมเวลาเอกซ์โพเนนเชียลทั้งหมดจะทำงานในเวลาเชิงเส้นทันที
  4. Dเฉพาะปัญหานั้นปัญหาเดียวที่ย้ายเข้า P
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

วิธีแก้การชนกันแบบใดเก็บคีย์ที่ชนกันไว้ในลิสต์ที่ถังเดียวกัน

  1. Aการตรวจสอบกำลังสอง (quadratic probing)
  2. Bการตรวจสอบเชิงเส้น (linear probing)
  3. Cการแฮชซ้อน (double hashing)
  4. Dการเชื่อมโซ่แยก (separate chaining)
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

การแทรกคีย์ในต้นไม้ AVL ทำให้ต้นไม้ย่อยซ้ายของโหนดสูงเกินไป และคีย์ใหม่อยู่ในต้นไม้ย่อยซ้ายของลูกซ้าย (กรณีซ้าย–ซ้าย) ใช้วิธีแก้ใด

  1. Aหมุนขวาหนึ่งครั้งที่โหนดที่ไม่สมดุล
  2. Bเปลี่ยนสีโหนดและลูกของมัน
  3. Cหมุนซ้ายที่ลูก แล้วหมุนขวาที่โหนด
  4. Dหมุนซ้ายหนึ่งครั้งที่โหนดที่ไม่สมดุล
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 18 จุดยอดและ 18 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 18|E| = 18
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
15114913211313ABCDEFG

ใช้ขั้นตอนวิธีของไดก์สตราเพื่อหาความยาว d(E) ของเส้นทางที่สั้นที่สุดจาก A ไป E ในกราฟถ่วงน้ำหนัก

เริ่มต้น: Aสิ้นสุด: E
d(E) =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · ประมาณ log₂ n

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

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

คำตอบ

C · ประมาณ log₂ n
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: B · ทุกปัญหาใน NP แก้ได้ในเวลาพหุนาม ดังนั้น P = NP

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

เนื่องจากทั้ง NP ลดรูปมาเป็นปัญหา NP-complete ใด ๆ ได้ในเวลาพหุนาม อัลกอริทึมเร็วสำหรับข้อหนึ่งจึงให้อัลกอริทึมเร็วสำหรับทั้งหมด

คำตอบ

B · ทุกปัญหาใน NP แก้ได้ในเวลาพหุนาม ดังนั้น P = NP
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · การเชื่อมโซ่แยก (separate chaining)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Chaining เก็บลิงก์ลิสต์ (หรือโครงสร้างอื่น) ต่อหนึ่งถัง ส่วน open addressing หาช่องว่างอื่นในตารางเอง

คำตอบ

D · การเชื่อมโซ่แยก (separate chaining)
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · หมุนขวาหนึ่งครั้งที่โหนดที่ไม่สมดุล

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ในกรณีซ้าย–ซ้าย การหมุนขวาหนึ่งครั้งยกลูกซ้ายขึ้นและคืนสมดุล กรณีซิกแซกต้องหมุนสองครั้ง

คำตอบ

A · หมุนขวาหนึ่งครั้งที่โหนดที่ไม่สมดุล
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 1

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

18 − 1 = 17

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 18 − 17 = 1

คำตอบ

k = 1
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: d(E) = 30

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: 15
B (15): D: 26, G: 17
G (17): C: 18, E: 30
C (18)
D (26): F: 35
E (30)
F (35)

เส้นทางที่สั้นที่สุด

A → B → G → E
d(E) = 30

คำตอบ

d(E) = 30

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