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

Нижня межа для сортування на основі порівнянь у найгіршому випадку становить:

  1. AΩ(log n)
  2. BΩ(n²)
  3. CΩ(n log n)
  4. DΩ(n)
2.Алгоритми та складністьСкладна

Які часові та просторові витрати обчислення n-го числа Фібоначчі циклом, що зберігає лише два останні значення?

  1. AO(2ⁿ) часу та O(1) пам'яті
  2. BO(log n) часу та O(n) пам'яті
  3. CO(n) часу та O(n) пам'яті
  4. DO(n) часу та O(1) пам'яті
3.Структури данихСередня

Що відбувається, коли геш-таблиця виконує повторне гешування (rehash) після того, як коефіцієнт заповнення перевищив поріг?

  1. AВиділяється більша таблиця, і кожен ключ вставляється знову
  2. BНаявні ключі сортуються на місці
  3. CЛише ключі з колізіями переміщуються в новий список переповнення в кінці таблиці
  4. DНайстаріші ключі видаляються, щоб звільнити місце
4.Структури данихСкладна

Вставлення ключа в AVL-дерево робить ліве піддерево вузла надто високим, причому новий ключ потрапив у ліве піддерево його лівої дитини (випадок «ліво-ліво»). Яке виправлення застосовують?

  1. AЛівий поворот у дитині, потім правий поворот у вузлі
  2. BОдинарний правий поворот у незбалансованому вузлі
  3. CОдинарний лівий поворот у незбалансованому вузлі
  4. DПерефарбування вузла та його дитини
5.Теорія графівСередня

Зв’язний граф має 6 вершин і 16 ребер. Скільки ребер k треба вилучити, щоб залишилося остовне дерево?

|V| = 6|E| = 16
k =
6.Теорія графівСкладна
131415151631ABCDEF

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: C · Ω(n log n)

Чому це відповідь

Будь-якому сортуванню порівняннями в найгіршому випадку потрібно щонайменше log₂(n!) ≈ n log n порівнянь. Сортування підрахунком (counting sort) обходить цю межу, бо не порівнює елементи.

Відповідь

C · Ω(n log n)
2.Алгоритми та складність

Відповідь: D · O(n) часу та O(1) пам'яті

Чому це відповідь

Кожному крокові потрібні лише два попередні значення, тож таблицю методу «знизу вгору» можна замінити двома змінними.

Відповідь

D · O(n) часу та O(1) пам'яті
3.Структури даних

Відповідь: A · Виділяється більша таблиця, і кожен ключ вставляється знову

Чому це відповідь

Оскільки індекс обчислюється за модулем розміру таблиці, усі ключі треба повторно гешувати в нову, більшу таблицю; за подвоєння розміру це залишається O(1) амортизовано.

Відповідь

A · Виділяється більша таблиця, і кожен ключ вставляється знову
4.Структури даних

Відповідь: B · Одинарний правий поворот у незбалансованому вузлі

Чому це відповідь

У випадку «ліво-ліво» один правий поворот піднімає ліву дитину вгору й відновлює баланс; зигзагоподібні випадки потребують подвійного повороту.

Відповідь

B · Одинарний правий поворот у незбалансованому вузлі
5.Теорія графів

Відповідь: k = 11

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 = 16 − 5 = 11

Відповідь

k = 11
6.Теорія графів

Відповідь: d(F) = 17

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: 13, C: 14
B (13): D: 28, E: 14
C (14)
E (14): D: 20, F: 17
F (17)
D (20)

Найкоротший шлях

A → B → E → F
d(F) = 17

Відповідь

d(F) = 17

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