Алгоритми та структури даних: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 6 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Теорія графів

Лема про рукостискання
Σ deg(v) = 2|E|
Повні графи
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Регулярний граф
|E| = n·k/2
Дерево і ліс
|E| = n − 1, |E| = n − c
Листки дерева
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Ейлер
цикл: усі степені парні; шлях: рівно 2 непарні степені
Гамільтонові цикли в Kn
(n − 1)!/2
Оновлення в алгоритмі Дейкстри
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Маршрути довжиною L
(Mᴸ)ij

Метод

  1. Випишіть степінь кожної вершини; сума степенів дорівнює подвоєній кількості ребер.
  2. У задачах про Ейлера перевірте, що граф зв’язний, і порахуйте вершини з непарним степенем.
  3. Для дерев використовуйте n − 1 ребро та лему про рукостискання.
  4. Для алгоритму Дейкстри ведіть таблицю попередніх відстаней і щоразу фіксуйте незафіксовану вершину з найменшою відстанню.
  5. Для мінімального остовного дерева відсортуйте ребра за вагою й пропускайте кожне ребро, що замикає цикл (Крускал), або нарощуйте одне дерево від початкової вершини (Прім).

2Задачі для практики

1.Алгоритми та складністьСередня

Яка часова складність множення двох матриць n × n стандартним потрійним циклом?

  1. AO(n² log n)
  2. BO(n³)
  3. CO(n)
  4. DO(n²)
2.Алгоритми та складністьСкладна

Алгоритм динамічного програмування Гелда–Карпа точно розв'язує задачу комівояжера. Який його час виконання для n міст?

  1. AO(n³)
  2. BO(2n²)
  3. CO(n!)
  4. DO(n² 2ⁿ)
3.Структури данихСередня

Де розташований батько вузла з індексом i в бінарній купі, що зберігається в масиві з індексацією від 0?

  1. AВ індексі ⌊(i − 1) / 2⌋
  2. BВ індексі ⌊i / 2⌋ + 1
  3. CВ індексі i − 1
  4. DВ індексі 2i + 1
4.Структури данихСкладна

Алгоритм Кана для топологічного сортування раз у раз видаляє вершини з напівстепенем входу 0. Яка структура зберігає ці вершини?

  1. AЧерга (або будь-яка колекція) вершин із напівстепенем входу 0
  2. BМакс-купа, упорядкована за напівстепенем виходу
  3. CСтек усіх відвіданих ребер
  4. DМатриця суміжності, що фіксує, які вершини вже видалено
5.Теорія графівСередня
ABCDEFGЕйлерів циклЕйлерів шлях, не циклжодна з цих

Чи має зв’язний граф ейлерів цикл, ейлерів шлях, що не є циклом, чи нічого з цього? Клікніть свою відповідь.

|V| = 7|E| = 8
  1. 1Ейлерів цикл
  2. 2Ейлерів шлях, не цикл
  3. 3жодна з цих
6.Теорія графівСкладна
118131519617311014ABCDEFG

Знайдіть загальну вагу W мінімального остовного дерева зваженого графа.

|V| = 7|E| = 11
W =

3Розчини

1.Алгоритми та складність

Відповідь: B · O(n³)

Чому це відповідь

Є n² елементів, і кожному потрібно n множень, що дає n³ операцій.

Відповідь

B · O(n³)
2.Алгоритми та складність

Відповідь: D · O(n² 2ⁿ)

Чому це відповідь

Станів близько n 2ⁿ, і кожен обчислюється за O(n); це експоненційно, але значно швидше, ніж перебирати всі (n − 1)! маршрутів.

Відповідь

D · O(n² 2ⁿ)
3.Структури даних

Відповідь: A · В індексі ⌊(i − 1) / 2⌋

Чому це відповідь

Діти i розташовані в 2i + 1 і 2i + 2, тож батько i — це ⌊(i − 1) / 2⌋; за індексації від 1 це ⌊i / 2⌋.

Відповідь

A · В індексі ⌊(i − 1) / 2⌋
4.Структури даних

Відповідь: A · Черга (або будь-яка колекція) вершин із напівстепенем входу 0

Чому це відповідь

Готові вершини зберігаються в черзі; видалення однієї зменшує напівстепені входу її сусідів, і ті, що досягли 0, додаються, що дає час O(V + E).

Відповідь

A · Черга (або будь-яка колекція) вершин із напівстепенем входу 0
5.Теорія графів

Відповідь: Ейлерів шлях, не цикл

Ейлер, Гамільтон і дерева: зв’язний граф має ейлерів цикл (кожне ребро один раз, з поверненням до початку), коли кожна вершина має парний степінь, і ейлерів шлях, що не є циклом, коли рівно дві вершини мають непарний степінь; тоді шлях іде від однієї непарної вершини до другої. Гамільтонів цикл відвідує кожну вершину один раз; у Kn їх (n − 1)!/2. Дерево на n вершинах має n − 1 ребро, а зв’язний граф з m ребрами зберігає остовне дерево після вилучення m − n + 1 ребер.

Степені

deg(A) = 2, deg(B) = 2, deg(C) = 4, deg(D) = 1, deg(E) = 3, deg(F) = 2, deg(G) = 2

Непарні вершини

D, E → 2
Ейлерів шлях, не цикл

Відповідь

Ейлерів шлях, не цикл

Ейлерів шлях починається в одній непарній вершині й закінчується в другій.

6.Теорія графів

Відповідь: W = 42

Найкоротші шляхи та остовні дерева: алгоритм Дейкстри фіксує одну вершину за раунд: незафіксовану вершину з найменшою попередньою відстанню. Її відстань тоді остаточна, а кожен сусід v отримує d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Алгоритм Крускала будує мінімальне остовне дерево, беручи ребра від легких до важких і пропускаючи кожне ребро, що замкнуло б цикл; алгоритм Пріма нарощує одне дерево від початкової вершини, завжди додаючи найлегше ребро, що виходить з нього. Остовне дерево з n вершин має n − 1 ребро.

Алгоритм Крускала

GC (1): взяти
GB (3): взяти
DF (6): взяти
AC (8): взяти
GD (10): взяти
AB (11): пропустити, замикає цикл
BC (13): пропустити, замикає цикл
GE (14): взяти

Загальна вага

W = 1 + 3 + 6 + 8 + 10 + 14 = 42

Відповідь

W = 42

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