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

อัลกอริทึม Floyd–Warshall คำนวณอะไรและเร็วเพียงใด

  1. Aต้นไม้ทอดข้ามที่น้อยที่สุดใน O(E log V)
  2. Bลำดับทอพอโลยีใน O(V²)
  3. Cเส้นทางสั้นที่สุดระหว่างจุดยอดทุกคู่ใน O(V³)
  4. Dเส้นทางสั้นที่สุดจากจุดยอดต้นทางหนึ่งไปยังจุดยอดอื่นทั้งหมดใน O(V + E)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

ข้อใดเกี่ยวกับสัญกรณ์ little-o ถูกต้อง

  1. A2n = o(n) เพราะ 2n เติบโตช้า
  2. Bn = o(n) เพราะทุกฟังก์ชันเป็น little-o ของตัวมันเอง
  3. Cn = o(n²) แต่ n ไม่ใช่ o(n)
  4. Dn² = o(n)
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

แอปพลิเคชันต้องการค้นหาเร็ว และต้องแสดงรายการคีย์เรียงลำดับและตอบคำถามช่วง โครงสร้างใดเหมาะที่สุด

  1. Abinary search tree แบบสมดุล
  2. Bลิงก์ลิสต์ที่ไม่เรียงลำดับ
  3. Cตารางแฮช
  4. Dสแตก
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

ตรวจว่าลิงก์ลิสต์เชิงเดี่ยวมีวงจรหรือไม่โดยใช้หน่วยความจำเพิ่ม O(1) ได้อย่างไร

  1. Aเก็บทุกโหนดที่เยี่ยมในเซตแฮช
  2. Bเรียงลิสต์และหาตัวซ้ำ
  3. Cเลื่อนตัวชี้หนึ่งทีละหนึ่งก้าวและอีกตัวสองก้าว แล้วตรวจว่าพบกันหรือไม่
  4. Dนับโหนดจนเกินกว่าฟิลด์ความยาวของลิสต์
5.ทฤษฎีกราฟปานกลาง

กราฟเชื่อมโยงมี 14 จุดยอดและ 24 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 14|E| = 24
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
83546161192ABCDEF

จงหาน้ำหนักรวม W ของต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดของกราฟถ่วงน้ำหนัก

|V| = 6|E| = 9
W =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · เส้นทางสั้นที่สุดระหว่างจุดยอดทุกคู่ใน O(V³)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Floyd–Warshall เป็นอัลกอริทึมการโปรแกรมพลวัตที่อนุญาตให้ทีละจุดยอดเป็นจุดผ่านกลาง โดยใช้เวลา O(V³)

คำตอบ

C · เส้นทางสั้นที่สุดระหว่างจุดยอดทุกคู่ใน O(V³)
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: C · n = o(n²) แต่ n ไม่ใช่ o(n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

f = o(g) หมายความว่า f(n) / g(n) เข้าใกล้ 0 โดย n / n² เข้าใกล้ 0 แต่ n / n = 1 ไม่เข้าใกล้ 0

คำตอบ

C · n = o(n²) แต่ n ไม่ใช่ o(n)
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: A · binary search tree แบบสมดุล

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

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

คำตอบ

A · binary search tree แบบสมดุล
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: C · เลื่อนตัวชี้หนึ่งทีละหนึ่งก้าวและอีกตัวสองก้าว แล้วตรวจว่าพบกันหรือไม่

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ในอัลกอริทึมของ Floyd ถ้ามีวงจร ตัวชี้เร็วจะไล่ทันตัวช้าในที่สุด มิฉะนั้นตัวชี้เร็วถึง null

คำตอบ

C · เลื่อนตัวชี้หนึ่งทีละหนึ่งก้าวและอีกตัวสองก้าว แล้วตรวจว่าพบกันหรือไม่
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 11

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

14 − 1 = 13

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 24 − 13 = 11

คำตอบ

k = 11
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 (2): เลือก
AC (3): เลือก
BD (4): เลือก
BC (5): เลือก
CE (6): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
AB (8): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
EF (9): เลือก

น้ำหนักรวม

W = 2 + 3 + 4 + 5 + 9 = 23

คำตอบ

W = 23

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