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

Який алгоритм сортування є стійким?

  1. AСортування злиттям
  2. BШвидке сортування (типова версія на місці)
  3. CСортування вибором (типова версія)
  4. DПірамідальне сортування
2.Алгоритми та складністьСкладна

Чому пошук у геш-таблиці в середньому має складність O(1), а в найгіршому випадку — O(n)?

  1. AКлючі спершу потрібно відсортувати
  2. BГеш-функції повільні
  3. CДоступ до масивів має складність O(n)
  4. DБагато ключів через колізії можуть потрапити в один і той самий кошик
3.Структури данихСередня

Чому обхід масиву на практиці часто значно швидший, ніж обхід зв'язного списку такої самої довжини?

  1. AОбхід масиву загалом має складність O(1), а обхід зв'язного списку — O(n)
  2. BМасиви використовують менше інструкцій для порівняння значень
  3. CЕлементи масиву розташовані суцільно, тож добре використовують кеш процесора
  4. DЗв'язні списки завжди зберігають елементи на диску
4.Структури данихСкладна

Яка основна перевага списку з пропусками (skip list) над відсортованим зв'язним списком?

  1. AОчікуваний пошук за O(log n) завдяки кільком рівням вказівників уперед
  2. BГарантований пошук за O(1), бо кожен вузол зберігає вказівник на кожен інший вузол
  3. CВін зберігає ключі без упорядкування
  4. DВін не використовує додаткової пам'яті
5.Теорія графівСередня

Зв’язний граф має 8 вершин і 10 ребер. Скільки ребер k треба вилучити, щоб залишилося остовне дерево?

|V| = 8|E| = 10
k =
6.Теорія графівСкладна
171531318152010ABCDEFG

Алгоритм Крускала будує мінімальне остовне дерево. Клікніть ребро, яке він додає як ребро номер 5; пропущені ребра не враховуються.

k = 5
  1. 1ребро AB
  2. 2ребро AC
  3. 3ребро BC
  4. 4ребро DE
  5. 5ребро DF
  6. 6ребро EF
  7. 7ребро GC
  8. 8ребро GD
  9. 9ребро GE

3Розчини

1.Алгоритми та складність

Відповідь: A · Сортування злиттям

Чому це відповідь

Сортування злиттям стійке, якщо за рівних ключів під час злиття спочатку береться елемент із лівої половини. Швидке сортування на місці, пірамідальне сортування й сортування вибором зазвичай не є стійкими.

Відповідь

A · Сортування злиттям
2.Алгоритми та складність

Відповідь: D · Багато ключів через колізії можуть потрапити в один і той самий кошик

Чому це відповідь

За доброї геш-функції та відповідного коефіцієнта заповнення кошики в середньому залишаються короткими; зловмисно підібрані дані або погане гешування можуть помістити всі ключі в один кошик.

Відповідь

D · Багато ключів через колізії можуть потрапити в один і той самий кошик
3.Структури даних

Відповідь: C · Елементи масиву розташовані суцільно, тож добре використовують кеш процесора

Чому це відповідь

Суцільна пам'ять забезпечує добру локальність звертань, а зв'язані вузли можуть бути розкидані й спричиняти багато кеш-промахів.

Відповідь

C · Елементи масиву розташовані суцільно, тож добре використовують кеш процесора
4.Структури даних

Відповідь: A · Очікуваний пошук за O(log n) завдяки кільком рівням вказівників уперед

Чому це відповідь

Випадкові рівні дозволяють пошуку пропускати багато вузлів, що дає очікувану складність O(log n) для пошуку, вставлення та видалення.

Відповідь

A · Очікуваний пошук за O(log n) завдяки кільком рівням вказівників уперед
5.Теорія графів

Відповідь: k = 3

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

8 − 1 = 7

Ребра для вилучення

k = 10 − 7 = 3

Відповідь

k = 3
6.Теорія графів

Відповідь: ребро DE

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. EF (1)
2. BC (3)
3. GC (5)
4. GE (10)
5. DE (13)
6. AC (15)

номер ребра 5

DE

Відповідь

ребро DE

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