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

Độ phức tạp thời gian của việc tính số Fibonacci thứ n bằng bảng từ dưới lên là gì?

  1. AO(2ⁿ)
  2. BO(n²)
  3. CO(log n)
  4. DO(n)
2.Thuật toán và độ phức tạpKhó

Phải chứng minh hai điều nào để chứng tỏ một bài toán quyết định X là NP-đầy đủ?

  1. AX không có thuật toán đa thức, và X quyết định được
  2. BX quy dẫn về một bài toán trong P, và X thuộc NP
  3. CX thuộc P, và X quy dẫn về SAT
  4. DX thuộc NP, và một bài toán NP-đầy đủ đã biết quy dẫn về X trong thời gian đa thức
3.Cấu trúc dữ liệuTrung bình

Một hàng đợi được cài đặt bằng hai ngăn xếp: đẩy vào ngăn xếp "vào", và lấy ra từ ngăn xếp "ra", nạp lại từ "vào" khi nó rỗng. Chi phí khấu hao mỗi thao tác là bao nhiêu?

  1. AO(n)
  2. BO(n²)
  3. CO(log n)
  4. DO(1)
4.Cấu trúc dữ liệuKhó

Vì sao máy chủ có thể chọn hàm băm ngẫu nhiên từ một họ phổ quát?

  1. AĐể loại bỏ nhu cầu đổi kích thước bảng
  2. BĐể đảm bảo không hai khóa nào từng va chạm, bất kể kẻ tấn công gửi khóa nào
  3. CĐể làm cho kẻ tấn công rất khó chọn nhiều khóa cùng va chạm
  4. DĐể làm bảng băm được sắp xếp
5.Lý thuyết đồ thịTrung bình

Một đồ thị liên thông có 19 đỉnh và 24 cạnh. Phải bỏ bao nhiêu cạnh k để còn lại một cây khung?

|V| = 19|E| = 24
k =
6.Lý thuyết đồ thịKhó
49515271318ABCDEF

Hãy tìm tổng trọng số W của một cây khung nhỏ nhất của đồ thị có trọng số.

|V| = 6|E| = 8
W =

3Dung dịch

1.Thuật toán và độ phức tạp

Đáp số: D · O(n)

Vì sao đây là đáp án

Điền bảng từ 0 đến n mất một phép cộng mỗi ô, nên công việc là tuyến tính thay vì hàm mũ.

Đáp số

D · O(n)
2.Thuật toán và độ phức tạp

Đáp số: D · X thuộc NP, và một bài toán NP-đầy đủ đã biết quy dẫn về X trong thời gian đa thức

Vì sao đây là đáp án

Việc thuộc NP cho thấy X không khó hơn NP; phép quy dẫn từ một bài toán NP-đầy đủ đã biết cho thấy X khó ít nhất bằng toàn bộ NP.

Đáp số

D · X thuộc NP, và một bài toán NP-đầy đủ đã biết quy dẫn về X trong thời gian đa thức
3.Cấu trúc dữ liệu

Đáp số: D · O(1)

Vì sao đây là đáp án

Mỗi phần tử được đẩy và lấy ra tối đa hai lần tổng cộng, nên dù một lần nạp lại có thể tốn O(n), trung bình trên một chuỗi thao tác là O(1).

Đáp số

D · O(1)
4.Cấu trúc dữ liệu

Đáp số: C · Để làm cho kẻ tấn công rất khó chọn nhiều khóa cùng va chạm

Vì sao đây là đáp án

Với băm phổ quát, số va chạm kỳ vọng nhỏ đối với mọi tập khóa, vì kẻ tấn công không biết hàm nào được chọn.

Đáp số

C · Để làm cho kẻ tấn công rất khó chọn nhiều khóa cùng va chạm
5.Lý thuyết đồ thị

Đáp số: k = 6

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.

Các cạnh của cây khung

19 − 1 = 18

Các cạnh cần bỏ

k = 24 − 18 = 6

Đáp số

k = 6
6.Lý thuyết đồ thị

Đáp số: W = 31

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.

Thuật toán Kruskal

CE (2): lấy
AB (4): lấy
BC (5): lấy
DF (7): lấy
AC (9): bỏ qua, tạo chu trình
EF (13): lấy

Tổng trọng số

W = 2 + 4 + 5 + 7 + 13 = 31

Đáp số

W = 31

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