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

Phát biểu nào về một hàm đệ quy không có trường hợp cơ sở nào đạt tới được là đúng?

  1. ATrình biên dịch luôn biến nó thành một vòng lặp kết thúc an toàn
  2. BNó chạy trong thời gian O(1)
  3. CNó cứ gọi chính nó cho đến khi ngăn xếp lời gọi bị tràn
  4. DNó tự động trả về 0
2.Thuật toán và độ phức tạpKhó

Bài toán dừng cho thấy rằng:

  1. AKhông thuật toán nào có thể quyết định, với mọi chương trình và đầu vào, liệu nó có dừng hay không
  2. BMọi chương trình cuối cùng đều dừng
  3. CNên tránh các vòng lặp
  4. DMột số chương trình chạy nhanh hơn trên máy tính nhanh hơn, nên việc dừng phụ thuộc vào phần cứng
3.Cấu trúc dữ liệuTrung bình

Chương trình đang chạy dùng cấu trúc dữ liệu nào để theo dõi các lời gọi hàm đang hoạt động và biến cục bộ của chúng?

  1. AHàng đợi bộ nhớ heap
  2. BNgăn xếp lời gọi (call stack)
  3. CBảng băm các hàm
  4. DCây tìm kiếm nhị phân các khung
4.Cấu trúc dữ liệuKhó

Thuật toán Kahn cho sắp xếp tô-pô liên tục loại bỏ các đỉnh có bậc vào 0. Cấu trúc nào chứa các đỉnh đó?

  1. AMột hàng đợi (hoặc bất kỳ tập hợp nào) các đỉnh có bậc vào 0
  2. BMột đống max sắp theo bậc ra
  3. CMột ma trận kề ghi lại những đỉnh đã bị loại
  4. DMột ngăn xếp gồm mọi cạnh đã thăm
5.Lý thuyết đồ thịTrung bình

Đồ thị đầy đủ K8 có bao nhiêu chu trình Hamilton khác nhau H? Các chu trình chỉ khác nhau ở đỉnh xuất phát hoặc chiều đi được tính là một.

K8
H =
6.Lý thuyết đồ thịKhó
123127211815ABCDEF

Thuật toán Dijkstra chạy từ A. Hãy nhấp vào đỉnh được chốt (trở thành cố định) ở vòng 3; bản thân A là vòng 1.

bắt đầu: Avòng 3
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3Dung dịch

1.Thuật toán và độ phức tạp

Đáp số: C · Nó cứ gọi chính nó cho đến khi ngăn xếp lời gọi bị tràn

Vì sao đây là đáp án

Không có trường hợp cơ sở thì đệ quy không bao giờ dừng; trên thực tế bộ nhớ cho các khung ngăn xếp cạn kiệt và chương trình bị sập.

Đáp số

C · Nó cứ gọi chính nó cho đến khi ngăn xếp lời gọi bị tràn
2.Thuật toán và độ phức tạp

Đáp số: A · Không thuật toán nào có thể quyết định, với mọi chương trình và đầu vào, liệu nó có dừng hay không

Vì sao đây là đáp án

Turing chỉ ra rằng bài toán dừng là bất khả quyết định: giả sử tồn tại một bộ quyết định sẽ dẫn đến mâu thuẫn với một chương trình làm điều ngược lại.

Đáp số

A · Không thuật toán nào có thể quyết định, với mọi chương trình và đầu vào, liệu nó có dừng hay không
3.Cấu trúc dữ liệu

Đáp số: B · Ngăn xếp lời gọi (call stack)

Vì sao đây là đáp án

Mỗi lời gọi đẩy một khung ngăn xếp và mỗi lần trả về lấy nó ra, đó là lý do lời gọi gần nhất kết thúc trước.

Đáp số

B · Ngăn xếp lời gọi (call stack)
4.Cấu trúc dữ liệu

Đáp số: A · Một hàng đợi (hoặc bất kỳ tập hợp nào) các đỉnh có bậc vào 0

Vì sao đây là đáp án

Các đỉnh sẵn sàng được giữ trong hàng đợi; loại một đỉnh làm giảm bậc vào của các láng giềng, và đỉnh nào đạt 0 được thêm vào, cho thời gian O(V + E).

Đáp số

A · Một hàng đợi (hoặc bất kỳ tập hợp nào) các đỉnh có bậc vào 0
5.Lý thuyết đồ thị

Đáp số: H = 2520

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.

Đếm

H = (8 − 1)!/2 = 5040/2 = 2520

Đáp số

H = 2520
6.Lý thuyết đồ thị

Đáp số: E

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

1. A (0): B: 12, C: 3
2. C (3): E: 5
3. E (5): D: 16, F: 13
4. B (12)
5. F (13)
6. D (16)

vòng 3

E

Đáp số

E

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