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

ขอบเขตล่างของการเรียงลำดับแบบเปรียบเทียบในกรณีเลวร้ายที่สุดคือ

  1. AΩ(n log n)
  2. BΩ(n²)
  3. CΩ(n)
  4. DΩ(log n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

ความซับซ้อนเชิงเวลาของ for i = 1 to n: for (j = i; j ≤ n; j = j + i) ทำงาน O(1) คือเท่าใด

  1. AO(n √n)
  2. BO(n²)
  3. CO(n)
  4. DO(n log n)
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

อัลกอริทึมของ Dijkstra ใช้ชนิดข้อมูลนามธรรมใดเลือกจุดยอดถัดไปที่จะประมวลผล

  1. Aสแตก
  2. Bคิวลำดับความสำคัญแบบค่าต่ำสุด (min-priority queue)
  3. Cเซตที่ไม่มีลำดับ
  4. Dคิว FIFO
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

ต้นไม้แดง–ดำ (red-black tree) ต้องมีคุณสมบัติใด

  1. Aโหนดสีแดงทุกโหนดต้องมีลูกสีแดง โหนดสีแดงจึงต่อเป็นสายไม่ขาดตอนไปจนถึงใบ
  2. Bรากต้องเป็นสีแดง
  3. Cทุกโหนดต้องเป็นสีแดง
  4. Dทุกเส้นทางจากโหนดไปยังใบของลูกหลานมีจำนวนโหนดสีดำเท่ากัน
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

ต้นไม้มี 4 จุดยอดดีกรี 4 และจุดยอดอื่นทั้งหมดเป็นใบ (ดีกรี 1) มีกี่ใบ L

4 × deg 4
L =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
1710211159114ABCDEF

ขั้นตอนวิธีของครัสคัลสร้างต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุด ให้คลิกเส้นเชื่อมที่เพิ่มเป็นเส้นหมายเลข 5 เส้นที่ถูกข้ามไม่นับ

k = 5
  1. 1เส้นเชื่อม AB
  2. 2เส้นเชื่อม AC
  3. 3เส้นเชื่อม BC
  4. 4เส้นเชื่อม BD
  5. 5เส้นเชื่อม CE
  6. 6เส้นเชื่อม DE
  7. 7เส้นเชื่อม EF
  8. 8เส้นเชื่อม BE

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · Ω(n log n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การเรียงแบบเปรียบเทียบใด ๆ ต้องใช้อย่างน้อย log₂(n!) ≈ n log n ครั้งในกรณีเลวร้ายที่สุด การเรียงแบบนับ (counting sort) ทำได้ดีกว่าเพราะไม่ได้เปรียบเทียบ

คำตอบ

A · Ω(n log n)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: D · O(n log n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ผลรวมคือ n / 1 + n / 2 + ... + n / n = n × Hn และจำนวนฮาร์มอนิก Hn เป็น Θ(log n)

คำตอบ

D · O(n log n)
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · คิวลำดับความสำคัญแบบค่าต่ำสุด (min-priority queue)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Min-priority queue ซึ่งมักเป็นฮีปทวิภาค คืนจุดยอดที่ยังไม่เยี่ยมที่มีระยะทางน้อยที่สุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คำตอบ

B · คิวลำดับความสำคัญแบบค่าต่ำสุด (min-priority queue)
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · ทุกเส้นทางจากโหนดไปยังใบของลูกหลานมีจำนวนโหนดสีดำเท่ากัน

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

กฎของแดง–ดำ: โหนดเป็นสีแดงหรือดำ รากเป็นสีดำ โหนดสีแดงมีลูกสีดำ และทุกเส้นทางมี black-height เท่ากัน ทำให้ความสูง ≤ 2 log₂(n + 1)

คำตอบ

D · ทุกเส้นทางจากโหนดไปยังใบของลูกหลานมีจำนวนโหนดสีดำเท่ากัน
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: L = 10

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 + 4) − 2
L = 10

คำตอบ

L = 10

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

6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: เส้นเชื่อม BD

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

1. EF (1)
2. BC (2)
3. DE (9)
4. AC (10)
5. BD (11)

เส้นเชื่อมหมายเลข 5

BD

คำตอบ

เส้นเชื่อม BD

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