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

Що вимірює амортизований аналіз?

  1. AСередню вартість операції на послідовності операцій у найгіршому випадку
  2. BВартість алгоритму на найкращих вхідних даних
  3. CОчікувану вартість на випадкових вхідних даних
  4. DВартість однієї найдорожчої операції будь-де в послідовності
2.Алгоритми та складністьСкладна

Чому алгоритм Дейкстри може давати неправильні результати, коли деякі ваги ребер від'ємні?

  1. AВін зациклюється на кожному від'ємному ребрі
  2. BВін працює лише на неорієнтованих графах
  3. CВід'ємні числа неможливо зберігати в черзі з пріоритетами
  4. DВершину остаточно фіксують під час вилучення, але пізніше від'ємне ребро ще може дати їй коротший шлях
3.Структури данихСередня

AVL-дерева та червоно-чорні дерева гарантують:

  1. AПошук за сталий час у будь-якому випадку
  2. BЩо жоден вузол не має двох дітей
  3. CВисоту O(log n) завдяки перебалансуванню
  4. DЗберігання ключів у порядку вставлення
4.Структури данихСкладна

Для кожного елемента масиву потрібно знайти наступний більший елемент праворуч від нього за загальний час O(n). Яка структура допоможе?

  1. AБінарне дерево пошуку, перебудоване для кожного елемента
  2. BСтек, що зберігає елементи, які чекають на свою відповідь
  3. CЧерга, що містить кожну пару елементів
  4. DГеш-таблиця всіх елементів
5.Теорія графівСередня

Зв’язний граф має 6 вершин і 11 ребер. Скільки ребер k треба вилучити, щоб залишилося остовне дерево?

|V| = 6|E| = 11
k =
6.Теорія графівСкладна
4611142151010ABCDEF

Алгоритм Дейкстри працює від A. Клікніть вершину, яку фіксують (роблять остаточною) у раунді 4; сама A — це раунд 1.

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

3Розчини

1.Алгоритми та складність

Відповідь: A · Середню вартість операції на послідовності операцій у найгіршому випадку

Чому це відповідь

Амортизований аналіз розподіляє вартість рідкісних дорогих операцій на багато дешевих, даючи гарантоване середнє для будь-якої послідовності.

Відповідь

A · Середню вартість операції на послідовності операцій у найгіршому випадку
2.Алгоритми та складність

Відповідь: D · Вершину остаточно фіксують під час вилучення, але пізніше від'ємне ребро ще може дати їй коротший шлях

Чому це відповідь

Жадібний крок спирається на невід'ємні ваги, щоб вилучені відстані були остаточними; коли ваги можуть бути від'ємними, використовують Беллмана–Форда.

Відповідь

D · Вершину остаточно фіксують під час вилучення, але пізніше від'ємне ребро ще може дати їй коротший шлях
3.Структури даних

Відповідь: C · Висоту O(log n) завдяки перебалансуванню

Чому це відповідь

Самобалансовані дерева зберігають логарифмічну висоту, тому пошук, вставлення та видалення в найгіршому випадку мають складність O(log n).

Відповідь

C · Висоту O(log n) завдяки перебалансуванню
4.Структури даних

Відповідь: B · Стек, що зберігає елементи, які чекають на свою відповідь

Чому це відповідь

Скануючи зліва направо, вийміть зі стека кожен елемент, менший за поточний (поточний елемент — їхня відповідь), а потім занесіть поточний; кожен елемент переміщується щонайбільше двічі.

Відповідь

B · Стек, що зберігає елементи, які чекають на свою відповідь
5.Теорія графів

Відповідь: k = 6

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

6 − 1 = 5

Ребра для вилучення

k = 11 − 5 = 6

Відповідь

k = 6
6.Теорія графів

Відповідь: E

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: 4, C: 6
2. B (4): E: 14
3. C (6)
4. E (14): D: 16, F: 24
5. D (16)
6. F (24)

раунд 4

E

Відповідь

E

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