数制
- 位权
- 二进制 2k,八进制 8k,十六进制 16k
- 转为十进制
- Σ dk·bk
- 从十进制转换
- 除以基数,余数从下往上读
- 十六进制 ↔ 二进制
- 一位十六进制数 = 4 位二进制
- 二进制补码
- 按位取反后加 1
公式表、每个专题的关键方法步骤和 20 道练习题,完整解答附在最后。
8 位模式 1110 1011 以补码形式存储一个有符号整数。它的十进制值 N 是多少?
32 位补码能存储的最小(最负)整数 N 是多少?
在其真值表的 8 行中,((¬r ∨ ¬p) → q) ↔ (p ↔ q) 在多少行为真?把这个数记作 N。
已知前提 r → p; p → q; ¬q。由它们可以推出哪个结论?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C) = Σm(0, 1, 3, 4) 的最简积之和 (SOP) 形式。它总共包含多少个文字 L(带撇的变量算一个文字)?
求 F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 5, 7, 8, 11, 13, 14, 15) + d(0, 1, 4, 9) 的最简 SOP 形式,其中 d 表示无关项。它有多少个乘积项 N?
解 23x ≡ 17 (mod 25)。给出满足 0 < x < 25 的解 x。
用反复平方法求 15177 mod 61。
在活动选择问题中,哪条贪心规则总能得到数量最多的互不重叠的活动?
插入排序在有序输入上运行时间为 O(n)。这与比较排序的 Ω(n log n) 下界矛盾吗?
在一个有 n 个元素的数组中间插入一个元素,代价是多少?
红黑树的规则对含 n 个键的树的高度给出了什么保证?
一棵树有 2 个度为 3 的顶点, 2 个度为 5 的顶点, 2 个度为 2 的顶点,其余所有顶点都是叶子(度为 1)。它有多少片叶子 L?
用迪杰斯特拉算法求带权图中从 A 到 F 的最短路径的长度 d(F)。
ACID 中的 "A" 代表什么?
给定 R(A, B, C, D) 上的函数依赖 A → B、B → C 和 C → D,闭包 A+ 是什么?
NAT(网络地址转换)主要用于:
一台服务器的私钥在一年后被盗。哪种 TLS 特性能保证今天被记录下来的会话仍然安全?
某部门在一个子网内需要 454 个主机地址。足够使用的最长前缀 p(最小子网)是多少?
某主机地址为 10.20.202.51/26。其子网中最后一个可用主机地址的第四个八位组 x 是多少?
答案: N = −21
位置计数制:每个数位的值等于该数字乘以基数的某次幂。二进制各位的权为 1、2、4、8、16、……;十六进制为 1、16、256、……,A–F 代表 10–15。在 8 位补码中,最左边一位的权是 −128 而不是 +128,负数就是这样存储的。
其余各位保持正常的正权值。
答案: N = −2.147 × 10⁹
位置计数制:每个数位的值等于该数字乘以基数的某次幂。二进制各位的权为 1、2、4、8、16、……;十六进制为 1、16、256、……,A–F 代表 10–15。在 8 位补码中,最左边一位的权是 −128 而不是 +128,负数就是这样存储的。
答案: N = 3
真值表:含 n 个不同变量的公式有 2ⁿ 行,每一行对应真值的一种组合(1 = 真,0 = 假)。由内向外进行,给每个子公式单独一列。¬a 把值取反;a ∧ b 只有在两者都为 1 时才为 1;a ∨ b 只有在两者都为 0 时才为 0;a → b 只有在 a = 1 且 b = 0 时才为 0;a ↔ b 在两边相等时为 1。
答案: ¬r
量词与论证:¬∀x P(x) ≡ ∃x ¬P(x),¬∃x P(x) ≡ ∀x ¬P(x)。把否定向内移动,交换它经过的每个量词,并用命题逻辑的定律否定内部的公式,例如 ¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b。当所有前提为 1 的每一行中结论也为 1 时,论证是有效的。只要有一行前提为真而结论为假,它就是反例,说明论证无效。
答案: L = 4
卡诺图:各格按格雷码(00, 01, 11, 10)排列,所以相邻的格子(包括跨越边界的格子)恰好只有一个变量不同。把 1 圈成由 1、2、4、8 或 16 个格子组成的矩形,圈尽可能大、尽可能少,直到每个 1 都被覆盖。每个圈对应一个乘积项:圈内保持不变的变量。由 2ᵏ 个格子组成的圈会消去 k 个变量。无关项 (X) 可用来使圈变大,但不必被覆盖。改为圈 0 则得到最简 POS 形式。
每个圈都是由 2ᵏ 个格子组成的矩形;边上的格子与对边上的格子相邻。
答案: N = 4
卡诺图:各格按格雷码(00, 01, 11, 10)排列,所以相邻的格子(包括跨越边界的格子)恰好只有一个变量不同。把 1 圈成由 1、2、4、8 或 16 个格子组成的矩形,圈尽可能大、尽可能少,直到每个 1 都被覆盖。每个圈对应一个乘积项:圈内保持不变的变量。由 2ᵏ 个格子组成的圈会消去 k 个变量。无关项 (X) 可用来使圈变大,但不必被覆盖。改为圈 0 则得到最简 POS 形式。
由 1 和 X 能够构成的最大的圈。
答案: x = 4
逆元与同余式:a 模 n 有逆元,当且仅当 gcd(a, n) = 1。扩展欧几里得算法把 1 写成 s·n + t·a,于是 a⁻¹ ≡ t (mod n)。当 gcd(a, n) = 1 时,同余式 a·x ≡ b (mod n) 的解为 x ≡ a⁻¹·b。模数互素的两个同余式 x ≡ r₁ (mod m₁) 和 x ≡ r₂ (mod m₂) 在模 m₁·m₂ 下有唯一解(中国剩余定理)。欧拉函数 φ(n) 表示 1 到 n 中与 n 互素的数的个数:φ(n) = n·∏(1 − 1/p)。
答案: 15177 mod 61 = 58
模幂与 RSA:用反复平方法计算 aᵏ mod n:把 k 写成二进制,平方,每一步之后取模,并把对应二进制位为 1 的幂相乘。费马:对不整除 a 的素数 p,aᵖ⁻¹ ≡ 1 (mod p),所以指数可以对 p − 1 取模。RSA:选取素数 p 和 q,n = p·q,φ(n) = (p − 1)(q − 1);公钥指数 e 与 φ(n) 互素,私钥指数为 d = e⁻¹ mod φ(n)。用 c = mᵉ mod n 加密,用 m = cᵈ mod n 解密。
答案: D · 选择最早结束的活动,然后在与之相容的活动中重复这一步
选择最早结束时间可以用交换论证证明是最优的;其他规则都有反例。
答案: A · 不矛盾,下界针对的是所有输入中的最坏情况,而不是每一个输入
该下界是说,每种比较排序在某个规模为 n 的输入上都需要大约 n log n 次比较;特殊的输入可能快得多。
答案: C · O(n),因为后面的元素必须移动
插入点之后的所有元素都要向右移动一位,所需时间与 n 成正比。
答案: C · 高度至多为 2 log2(n + 1)
每条路径上的黑色节点数相同,且红色节点不能相邻,因此最长路径至多是最短路径的两倍,从而高度为 O(log n)。
答案: L = 10
欧拉、哈密顿与树:连通图在每个顶点度数都为偶数时有欧拉回路(每条边经过一次,回到起点),在恰有两个顶点度数为奇数时有不是回路的欧拉通路;此时通路从一个奇度顶点走到另一个奇度顶点。哈密顿回路恰好经过每个顶点一次;Kn 有 (n − 1)!/2 条。n 个顶点的树有 n − 1 条边,有 m 条边的连通图在去掉 m − n + 1 条边后保留一棵生成树。
捷径:L = 2 + Σ (d − 2),对度 d ≥ 3 的顶点求和。
答案: d(F) = 17
最短路径与生成树:迪杰斯特拉算法每一轮确定一个顶点:暂定距离最小的未确定顶点。它的距离随即成为最终值,并且每个邻点 v 得到 d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))。克鲁斯卡尔算法按从轻到重的顺序取边并跳过会形成圈的边,从而构造最小生成树;普里姆算法从一个起点出发扩展一棵树,每次加入离开这棵树的最轻的边。n 个顶点的生成树有 n − 1 条边。
每一行:被确定的顶点、它的最终距离,以及距离得到改进的邻点。
答案: B · 原子性(Atomicity)
ACID:atomicity、consistency、isolation、durability。原子性指事务要么完全执行,要么完全不执行。
答案: C · {A, B, C, D}
从 A 开始,加入 B(A → B),再加入 C(B → C),然后加入 D(C → D);由于 A+ 包含所有属性,A 是一个键。
答案: D · 让许多使用私有地址的设备共享一个公网 IP 地址
NAT 改写地址(和端口),使私有网络能够通过较少的公网地址访问互联网。
答案: B · 由临时 Diffie-Hellman 密钥交换提供的前向保密
使用临时(EC)DHE 时,每个会话密钥都由用后即弃的临时值推导而来。长期密钥只用于对交换进行签名,因此日后被盗也无法解密旧的流量。
答案: p = 23
IPv4 子网划分:一个地址有 32 位。前缀 /p 表示前面多少位标识网络;其余 32 − p 位为主机编号。一个子网有 2³²⁻ᵖ 个地址,但第一个(网络地址)和最后一个(广播地址)不能分配给主机,所以可容纳 2³²⁻ᵖ − 2 台主机。 例外:/31(点对点链路,RFC 3021)的 2 个地址都用于主机,/32 只有一个地址(单个主机或环回地址)。
答案: x = 62
IPv4 子网划分:一个地址有 32 位。前缀 /p 表示前面多少位标识网络;其余 32 − p 位为主机编号。一个子网有 2³²⁻ᵖ 个地址,但第一个(网络地址)和最后一个(广播地址)不能分配给主机,所以可容纳 2³²⁻ᵖ − 2 台主机。 例外:/31(点对点链路,RFC 3021)的 2 个地址都用于主机,/32 只有一个地址(单个主机或环回地址)。
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