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

Скільки пам'яті стека використовує проста рекурсивна функція факторіала fact(n) = n × fact(n − 1)?

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

Яка часова складність: for i = 1 to n: for (j = i; j ≤ n; j = j + i) виконати роботу O(1)?

  1. AO(n²)
  2. BO(n)
  3. CO(n √n)
  4. DO(n log n)
3.Структури данихСередня

Як обчислюють наступну позицію після індексу i в циклічній черзі, що зберігається в масиві місткістю n?

  1. A2i + 1
  2. Bi + 1
  3. C(i − 1) mod n
  4. D(i + 1) mod n
4.Структури данихСкладна

Чому бази даних для індексів часто використовують B+ дерева, а не звичайні B-дерева?

  1. AB+ дерева зберігають дані лише в корені
  2. BB+ дерева використовують бінарні внутрішні вузли, що зменшує кількість зчитувань із диска
  3. CУсі записи розташовані у зв'язаних листках, що робить сканування діапазонів ефективним
  4. DB+ дерева не потребують збалансування
5.Теорія графівСередня

Дерево має 3 вершин степеня 3, 4 вершин степеня 4, 4 вершин степеня 5, а всі його інші вершини — листки (степінь 1). Скільки листків L воно має?

3 × deg 34 × deg 44 × deg 5
L =
6.Теорія графівСкладна
131513614548ABCDEF

Алгоритм Дейкстри працює від A. Клікніть вершину, яку фіксують (роблять остаточною) у раунді 5; сама A — це раунд 1.

початок: Aраунд 5
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3Розчини

1.Алгоритми та складність

Відповідь: D · O(n)

Чому це відповідь

Рекурсія має глибину n викликів до першого повернення, і кожному виклику потрібен кадр стека, тож вона використовує O(n) пам'яті.

Відповідь

D · O(n)
2.Алгоритми та складність

Відповідь: D · O(n log n)

Чому це відповідь

Загалом n / 1 + n / 2 + ... + n / n = n × Hn, а гармонічне число Hn є Θ(log n).

Відповідь

D · O(n log n)
3.Структури даних

Відповідь: D · (i + 1) mod n

Чому це відповідь

Операція за модулем переводить індекс n − 1 назад у 0, тож масив використовується повторно без зсуву елементів.

Відповідь

D · (i + 1) mod n
4.Структури даних

Відповідь: C · Усі записи розташовані у зв'язаних листках, що робить сканування діапазонів ефективним

Чому це відповідь

У B+ дереві внутрішні вузли лише спрямовують пошук, а листки зв'язані в порядку ключів, тож запит діапазону знаходить перший ключ і далі проходить уздовж листків.

Відповідь

C · Усі записи розташовані у зв'язаних листках, що робить сканування діапазонів ефективним
5.Теорія графів

Відповідь: L = 25

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.

Лема про рукостискання для дерева

L + 45 = 2(L + 11) − 2
L = 25

Відповідь

L = 25

Скорочення: L = 2 + Σ (d − 2) за вершинами зі степенем d ≥ 3.

6.Теорія графів

Відповідь: F

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

1. A (0): B: 13, C: 15
2. B (13): E: 21
3. C (15)
4. E (21): D: 35, F: 25
5. F (25): D: 30
6. D (30)

раунд 5

F

Відповідь

F

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