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

เหตุใดการโปรแกรมพลวัตจึงไม่ช่วยเร่ง merge sort ได้จริง

  1. Aปัญหาย่อยของมันไม่ซ้อนทับกัน จึงไม่มีอะไรให้ใช้ซ้ำ
  2. Bการโปรแกรมพลวัตใช้ได้กับปัญหากราฟเท่านั้น ไม่ใช่กับอาร์เรย์
  3. CMerge sort ไม่มีโครงสร้างแบบเรียกซ้ำ
  4. DMerge sort เป็น O(n) อยู่แล้ว
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อนยาก

โดยใช้ทฤษฎีบทหลัก T(n) = 8T(n/2) + O(n²) มีผลเฉลยเป็น

  1. AΘ(n³)
  2. BΘ(n² log n)
  3. CΘ(n²)
  4. DΘ(n log n)
3.โครงสร้างข้อมูลปานกลาง

ต้นไม้ทวิภาคมีราก 1 ลูกซ้าย 2 ลูกขวา 3 โหนด 2 มีลูก 4 (ซ้าย) และ 5 (ขวา) การท่องแบบ postorder คืออะไร

  1. A1 2 4 5 3
  2. B5 4 3 2 1
  3. C4 2 5 1 3
  4. D4 5 2 3 1
4.โครงสร้างข้อมูลยาก

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

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

กราฟเชื่อมโยงมี 15 จุดยอดและ 21 เส้นเชื่อม ต้องเอาเส้นเชื่อมออกกี่เส้น k เพื่อให้เหลือต้นไม้ทอดข้าม

|V| = 15|E| = 21
k =
6.ทฤษฎีกราฟยาก
152013835104ABCDEF

จงหาน้ำหนักรวม W ของต้นไม้ทอดข้ามค่าน้อยที่สุดของกราฟถ่วงน้ำหนัก

|V| = 6|E| = 8
W =

3สารละลาย

1.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · ปัญหาย่อยของมันไม่ซ้อนทับกัน จึงไม่มีอะไรให้ใช้ซ้ำ

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

ครึ่งของ merge sort ไม่ซ้อนกันและแต่ละส่วนถูกแก้ครั้งเดียว DP ช่วยเฉพาะเมื่อปัญหาย่อยเกิดซ้ำ เช่น ฟีโบนักชี

คำตอบ

A · ปัญหาย่อยของมันไม่ซ้อนทับกัน จึงไม่มีอะไรให้ใช้ซ้ำ
2.อัลกอริทึมและความซับซ้อน

คำตอบ: A · Θ(n³)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

log₂ 8 = 3 และ n² เติบโตช้ากว่า n³ ใบจึงครอบงำ: Θ(n³)

คำตอบ

A · Θ(n³)
3.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: D · 4 5 2 3 1

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

Postorder ประมวลผล 4 และ 5 ก่อน 2 แล้ว 3 และสุดท้ายราก 1

คำตอบ

D · 4 5 2 3 1
4.โครงสร้างข้อมูล

คำตอบ: B · O(n)

เหตุผลที่เป็นคำตอบนี้

การรวมอย่างไร้เดียงสาเชื่อมต้นไม้เป็นโซ่ยาวได้ find จึงอาจตามตัวชี้แม่ n − 1 ตัว ทั้งสองฮิวริสติกทำให้ใกล้ค่าคงที่

คำตอบ

B · O(n)
5.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: k = 7

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

15 − 1 = 14

เส้นเชื่อมที่ต้องเอาออก

k = 21 − 14 = 7

คำตอบ

k = 7
6.ทฤษฎีกราฟ

คำตอบ: W = 35

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 (3): เลือก
BE (4): เลือก
DF (5): เลือก
CE (8): เลือก
EF (10): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
BD (13): ข้าม ทำให้เกิดวัฏจักร
AB (15): เลือก

น้ำหนักรวม

W = 3 + 4 + 5 + 8 + 15 = 35

คำตอบ

W = 35

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