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

Маючи монети номіналом 1, 3 і 4 та суму 6, скільки монет використовує жадібний метод «спершу найбільша монета» порівняно з оптимумом?

  1. AЖадібний використовує 4 монети; оптимум — 3
  2. BЖадібний використовує 3 монети; оптимум — 2
  3. CЖадібний використовує 2 монети; оптимум — 2
  4. DЖадібний використовує 3 монети; оптимум — 3
2.Алгоритми та складністьСкладна

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

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

Яку умову збалансованості AVL-дерево підтримує в кожному вузлі?

  1. AКожен вузол пофарбовано в червоний або чорний колір
  2. BВисоти лівого та правого піддерев відрізняються щонайбільше на 1
  3. CОбидва піддерева кожного вузла містять рівно однакову кількість вузлів
  4. DУсі листки розташовані рівно на однаковій глибині
4.Структури данихСкладна

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

  1. AЗавжди очищати буфер щоразу, коли front дорівнює rear, тож стан — порожній
  2. BЗберігати front і rear в одній змінній
  3. CРобити розмір буфера степенем двійки
  4. DЗберігати окремий лічильник елементів або завжди залишати одну комірку невикористаною
5.Теорія графівСередня

Зв’язний граф має 11 вершин і 17 ребер. Скільки ребер k треба вилучити, щоб залишилося остовне дерево?

|V| = 11|E| = 17
k =
6.Теорія графівСкладна
9210102711412ABCDEF

Скористайтеся алгоритмом Дейкстри, щоб знайти довжину d(F) найкоротшого шляху від A до F у зваженому графі.

початок: Aкінець: F
d(F) =

3Розчини

1.Алгоритми та складність

Відповідь: B · Жадібний використовує 3 монети; оптимум — 2

Чому це відповідь

Жадібний метод бере 4 + 1 + 1 = 3 монети, але 3 + 3 — лише 2, тож для цієї системи монет жадібний метод не оптимальний; оптимальне динамічне програмування.

Відповідь

B · Жадібний використовує 3 монети; оптимум — 2
2.Алгоритми та складність

Відповідь: B · 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

B · O(n² 2ⁿ)
3.Структури даних

Відповідь: B · Висоти лівого та правого піддерев відрізняються щонайбільше на 1

Чому це відповідь

Коефіцієнт збалансованості (висота лівого − висота правого) має дорівнювати −1, 0 або 1; повороти відновлюють його після вставлень і видалень.

Відповідь

B · Висоти лівого та правого піддерев відрізняються щонайбільше на 1
4.Структури даних

Відповідь: D · 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

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

Відповідь: k = 7

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.

Ребра остовного дерева

11 − 1 = 10

Ребра для вилучення

k = 17 − 10 = 7

Відповідь

k = 7
6.Теорія графів

Відповідь: d(F) = 12

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 Дейкстри раунд за раундом

Кожен рядок: зафіксована вершина, її остаточна відстань і сусіди, чия відстань покращується.

A (0): B: 9, C: 2
C (2): E: 4
E (4): D: 11, F: 18
B (9)
D (11): F: 12
F (12)

Найкоротший шлях

A → C → E → D → F
d(F) = 12

Відповідь

d(F) = 12

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