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

ความซับซ้อนเชิงเวลาของการคูณเมทริกซ์ n × n สองเมทริกซ์ด้วยลูปสามชั้นมาตรฐานคือเท่าใด

  1. AO(n³)
  2. BO(n)
  3. CO(n²)
  4. DO(n² log n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

เหตุใดการค้นหาแบบทวิภาคจึงไม่ให้เวลา O(log n) บนรายการเชื่อมโยงเดี่ยว

  1. Aการไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้
  2. Bรายการเชื่อมโยงเรียงลำดับไม่ได้
  3. Cการเปรียบเทียบบนโหนดของรายการเชื่อมโยงช้ากว่า
  4. Dการค้นหาแบบทวิภาคต้องใช้หน่วยความจำอย่างน้อยสองเท่า
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

แอปพลิเคชันต้องการค้นหาเร็ว และต้องแสดงรายการคีย์เรียงลำดับและตอบคำถามช่วง โครงสร้างใดเหมาะที่สุด

  1. Aตารางแฮช
  2. Bbinary search tree แบบสมดุล
  3. Cลิงก์ลิสต์ที่ไม่เรียงลำดับ
  4. Dสแตก
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

เหตุใดเซิร์ฟเวอร์จึงเลือกฟังก์ชันแฮชแบบสุ่มจากตระกูลสากล (universal family)

  1. Aเพื่อรับประกันว่าไม่มีคีย์สองตัวชนกันเลย ไม่ว่าผู้โจมตีจะส่งคีย์ใดมา
  2. Bเพื่อทำให้ผู้โจมตีเลือกคีย์จำนวนมากที่ชนกันทั้งหมดได้ยากมาก
  3. Cเพื่อตัดความจำเป็นในการปรับขนาดตาราง
  4. Dเพื่อทำให้ตารางแฮชเรียงลำดับ
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 9 จุดยอดและ 17 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 9|E| = 17
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1118161319914ABCDE

จงหาน้ำหนักรวม W ของต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดของกราฟถ่วงน้ำหนัก

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

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · O(n³)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

มี n² ช่องและแต่ละช่องต้องคูณ n ครั้ง ได้ n³ การดำเนินการ

คำตอบ

A · O(n³)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · การไปถึงสมาชิกตรงกลางใช้ O(n) ขั้นตอน เพราะเข้าถึงด้วยดัชนีโดยตรงไม่ได้

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การค้นหาแบบทวิภาคต้องเข้าถึงสมาชิกตรงกลางใน O(1) บนรายการเชื่อมโยงการเดินไปถึงต้องใช้เวลาเชิงเส้น ผลรวมจึงเป็น O(n)

คำตอบ

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

คำตอบ: B · binary search tree แบบสมดุล

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

BST สมดุลให้การค้นหา O(log n) และรักษาลำดับคีย์ การท่อง in-order และคำถามช่วงจึงทำได้ง่าย ตารางแฮชกระจายคีย์

คำตอบ

B · binary search tree แบบสมดุล
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · เพื่อทำให้ผู้โจมตีเลือกคีย์จำนวนมากที่ชนกันทั้งหมดได้ยากมาก

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ด้วยการแฮชสากล จำนวนการชนกันคาดหมายน้อยสำหรับเซตคีย์ใด ๆ เพราะผู้โจมตีไม่ทราบว่าเลือกฟังก์ชันใด

คำตอบ

B · เพื่อทำให้ผู้โจมตีเลือกคีย์จำนวนมากที่ชนกันทั้งหมดได้ยากมาก
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 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

เส้นเชื่อมของต้นไม้ทอดข้าม

9 − 1 = 8

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 17 − 8 = 9

คำตอบ

k = 9
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: W = 49

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

DE (9): เลือก
AB (11): เลือก
BD (13): เลือก
BE (14): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
BC (16): เลือก

น้ำหนักรวม

W = 9 + 11 + 13 + 16 = 49

คำตอบ

W = 49

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