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

У відсортованому масиві ви шукаєте два елементи із заданою сумою, рухаючи по одному вказівнику з кожного кінця всередину. Яка часова складність?

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

Чи належить 22n до O(2ⁿ)?

  1. AТак, бо обидві функції експоненційні
  2. BНі, бо 22n = 4ⁿ, а 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ зростає необмежено
  3. CТак, бо сталі множники в показнику степеня в нотації «велике O» завжди ігноруються
  4. DНі, бо 22n зростає повільніше, ніж 2ⁿ
3.Структури данихСередня

У бінарній мін-купі, що зберігається в масиві (індексація з 0), діти вузла з індексом i розташовані на позиціях:

  1. Ai/2 і i/2 + 1
  2. B2i і 2i + 1
  3. C2i + 1 і 2i + 2
  4. Di + 1 і i + 2
4.Структури данихСкладна

У циклічному буфері front == rear може означати як порожній, так і заповнений буфер. Який поширений спосіб їх розрізнити?

  1. AЗберігати front і rear в одній змінній
  2. BЗберігати окремий лічильник елементів або завжди залишати одну комірку невикористаною
  3. CРобити розмір буфера степенем двійки
  4. DЗавжди очищати буфер щоразу, коли front дорівнює rear, тож стан — порожній
5.Теорія графівСередня
ABCDEFЕйлерів 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| = 6|E| = 6
  1. 1Ейлерів цикл
  2. 2Ейлерів шлях, не цикл
  3. 3жодна з цих
6.Теорія графівСкладна
121625131410ABCDE

Алгоритм Крускала будує мінімальне остовне дерево. Клікніть ребро, яке він додає як ребро номер 4; пропущені ребра не враховуються.

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

3Розчини

1.Алгоритми та складність

Відповідь: B · O(n)

Чому це відповідь

Якщо сума замала, лівий вказівник рухається праворуч, якщо завелика — правий рухається ліворуч, тож кроків щонайбільше n.

Відповідь

B · O(n)
2.Алгоритми та складність

Відповідь: B · Ні, бо 22n = 4ⁿ, а 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ зростає необмежено

Чому це відповідь

Стала, додана до показника, дає сталий множник, але стала, що множить показник, змінює основу й швидкість зростання.

Відповідь

B · Ні, бо 22n = 4ⁿ, а 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ зростає необмежено
3.Структури даних

Відповідь: C · 2i + 1 і 2i + 2

Чому це відповідь

У масивах з індексацією від 0 лівий нащадок має індекс 2i + 1, правий — 2i + 2, а батько — ⌊(i − 1)/2⌋.

Відповідь

C · 2i + 1 і 2i + 2
4.Структури даних

Відповідь: B · Зберігати окремий лічильник елементів або завжди залишати одну комірку невикористаною

Чому це відповідь

З лічильником порожній буфер означає count = 0, а заповнений — count = capacity; з однією порожньою коміркою заповненість визначають як (rear + 1) mod n == front.

Відповідь

B · Зберігати окремий лічильник елементів або завжди залишати одну комірку невикористаною
5.Теорія графів

Відповідь: жодна з цих

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

Непарні вершини

A, B, C, E → 4
жодна з цих

Відповідь

жодна з цих
6.Теорія графів

Відповідь: ребро AB

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

1. BC (2)
2. BD (5)
3. BE (10)
4. AB (12)

номер ребра 4

AB

Відповідь

ребро AB

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