Cấu trúc dữ liệu và giải thuật: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 6 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Lý thuyết đồ thị

Bổ đề bắt tay
Σ deg(v) = 2|E|
Đồ thị đầy đủ
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
Đồ thị đều
|E| = n·k/2
Cây và rừng
|E| = n − 1, |E| = n − c
Lá của cây
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
Euler
chu trình: mọi bậc đều chẵn; đường đi: đúng 2 bậc lẻ
Chu trình Hamilton trong Kn
(n − 1)!/2
Cập nhật Dijkstra
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
Đường đi độ dài L
(Mᴸ)ij

Phương pháp

  1. Hãy ghi bậc của mỗi đỉnh; tổng các bậc bằng hai lần số cạnh.
  2. Với bài Euler, hãy kiểm tra đồ thị liên thông và đếm số đỉnh có bậc lẻ.
  3. Với cây, hãy dùng n − 1 cạnh và bổ đề bắt tay.
  4. Với Dijkstra, hãy lập bảng khoảng cách tạm thời và mỗi vòng chốt đỉnh chưa chốt có giá trị nhỏ nhất.
  5. Với cây khung nhỏ nhất, hãy sắp xếp các cạnh theo trọng số và bỏ qua mọi cạnh tạo thành chu trình (Kruskal), hoặc mở rộng một cây từ một đỉnh xuất phát (Prim).

2Bài tập

1.Thuật toán và độ phức tạpTrung bình

Cận dưới của sắp xếp dựa trên so sánh trong trường hợp xấu nhất là:

  1. AΩ(n)
  2. BΩ(n²)
  3. CΩ(n log n)
  4. DΩ(log n)
2.Thuật toán và độ phức tạpKhó

Điều gì sẽ xảy ra nếu ai đó tìm được thuật toán thời gian đa thức cho một bài toán NP-đầy đủ?

  1. AChỉ bài toán đó chuyển vào P
  2. BBài toán dừng trở nên quyết định được
  3. CMọi bài toán trong NP đều giải được trong thời gian đa thức, nên P = NP
  4. DMọi thuật toán thời gian hàm mũ sẽ lập tức chạy trong thời gian tuyến tính
3.Cấu trúc dữ liệuTrung bình

Cấu trúc dữ liệu nào được tìm kiếm theo chiều sâu (phiên bản lặp) sử dụng?

  1. ANgăn xếp
  2. BĐống
  3. CChỉ bảng băm
  4. DHàng đợi
4.Cấu trúc dữ liệuKhó

Chi phí thời gian và không gian bổ sung của việc đảo ngược danh sách liên kết đơn tại chỗ là bao nhiêu?

  1. AThời gian O(n) và không gian bổ sung O(1)
  2. BThời gian O(n log n) và không gian bổ sung O(1)
  3. CThời gian O(n) và không gian bổ sung O(n)
  4. DThời gian O(1) và không gian bổ sung O(1)
5.Lý thuyết đồ thịTrung bình

Một cây có 3 đỉnh bậc 4, 2 đỉnh bậc 5, 4 đỉnh bậc 2, và mọi đỉnh khác của nó đều là lá (bậc 1). Nó có bao nhiêu lá L?

3 × deg 42 × deg 54 × deg 2
L =
6.Lý thuyết đồ thịKhó
4134113231ABCDEF

Hãy dùng thuật toán Dijkstra để tìm độ dài d(E) của đường đi ngắn nhất từ A đến E trong đồ thị có trọng số.

bắt đầu: Akết thúc: E
d(E) =

3Dung dịch

1.Thuật toán và độ phức tạp

Đáp số: C · Ω(n log n)

Vì sao đây là đáp án

Mọi thuật toán sắp xếp dựa trên so sánh cần ít nhất log₂(n!) ≈ n log n phép so sánh trong trường hợp xấu nhất. Sắp xếp đếm vượt qua giới hạn này vì nó không so sánh.

Đáp số

C · Ω(n log n)
2.Thuật toán và độ phức tạp

Đáp số: C · Mọi bài toán trong NP đều giải được trong thời gian đa thức, nên P = NP

Vì sao đây là đáp án

Vì toàn bộ NP quy dẫn về bất kỳ bài toán NP-đầy đủ nào trong thời gian đa thức, một thuật toán nhanh cho một bài sẽ cho thuật toán nhanh cho tất cả.

Đáp số

C · Mọi bài toán trong NP đều giải được trong thời gian đa thức, nên P = NP
3.Cấu trúc dữ liệu

Đáp số: A · Ngăn xếp

Vì sao đây là đáp án

DFS khám phá sâu nhất có thể, tự nhiên dùng ngăn xếp (hoặc ngăn xếp lời gọi của đệ quy); BFS dùng hàng đợi.

Đáp số

A · Ngăn xếp
4.Cấu trúc dữ liệu

Đáp số: A · Thời gian O(n) và không gian bổ sung O(1)

Vì sao đây là đáp án

Giữ ba con trỏ (trước, hiện tại, kế tiếp) cho phép đảo từng liên kết trong một lượt mà không cấp phát nút mới.

Đáp số

A · Thời gian O(n) và không gian bổ sung O(1)
5.Lý thuyết đồ thị

Đáp số: L = 14

Euler, Hamilton và cây: một đồ thị liên thông có chu trình Euler (đi qua mỗi cạnh một lần, trở về điểm đầu) khi mọi đỉnh có bậc chẵn, và có đường đi Euler không phải chu trình khi có đúng hai đỉnh bậc lẻ; khi đó đường đi chạy từ một đỉnh lẻ đến đỉnh lẻ kia. Một chu trình Hamilton thăm mỗi đỉnh một lần; Kn có (n − 1)!/2 chu trình như vậy. Một cây trên n đỉnh có n − 1 cạnh, và một đồ thị liên thông có m cạnh còn lại một cây khung sau khi bỏ m − n + 1 cạnh.

Bổ đề bắt tay cho một cây

L + 30 = 2(L + 9) − 2
L = 14

Đáp số

L = 14

Cách nhanh: L = 2 + Σ (d − 2) trên các đỉnh có bậc d ≥ 3.

6.Lý thuyết đồ thị

Đáp số: d(E) = 5

Đường đi ngắn nhất và cây khung: thuật toán Dijkstra chốt một đỉnh mỗi vòng: đỉnh chưa chốt có khoảng cách tạm thời nhỏ nhất. Khoảng cách của nó khi đó là cuối cùng, và mỗi đỉnh kề v được d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v)). Thuật toán Kruskal xây dựng cây khung nhỏ nhất bằng cách lấy các cạnh từ nhẹ đến nặng và bỏ qua mọi cạnh tạo thành chu trình; thuật toán Prim mở rộng một cây từ một đỉnh xuất phát bằng cách luôn thêm cạnh nhẹ nhất đi ra khỏi cây. Một cây khung của n đỉnh có n − 1 cạnh.

Dijkstra từng vòng

Mỗi dòng: đỉnh được chốt, khoảng cách cuối cùng của nó, và các đỉnh kề có khoảng cách được cải thiện.

A (0): C: 4
C (4): B: 17, E: 5
E (5): D: 18, F: 8, B: 6
B (6): D: 10
F (8)
D (10)

Đường đi ngắn nhất

A → C → E
d(E) = 5

Đáp số

d(E) = 5

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