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。
设置各位,使其以 8 位补码存储 −110。按无符号数读取,该位模式的值 U 是多少?
某系统要为 3396 个项目中的每一个分配一个长度相同的独立二进制编码。最少需要多少位 b?
你想用逆否证明来证明 p → (q ∨ r)。你要改为证明哪个蕴涵?点选它。
前提为 r ∨ q; r、结论为 ¬q 的论证是无效的。点选真值表中作为反例的那一行。
用卡诺图求 F(A, B, C) = Σm(3, 4, 5, 7) 的最简和之积 (POS) 形式。它有多少个和项(因子)N?
求 F(A, B, C, D) = Σm(6, 8, 10, 11, 13, 14) + d(0, 1, 2, 3) 的最简 SOP 形式,其中 d 表示无关项。它有多少个乘积项 N?
求 11 模 19 的逆元:满足 0 < x < 19 且 11·x ≡ 1 (mod 19) 的数 x。
用 RSA 公钥 (n, e) = (473, 23) 加密消息 m = 402。求密文 c。
下面代码的时间复杂度是多少:for i = 1 to n: (j = 1; while j < n: j = j × 2)?
要证明一个新问题 X 是 NP 难(NP-hard)的,必须做什么?
如何在二叉搜索树中找到最小的键?
在没有按秩合并和路径压缩的情况下,含 n 个元素的并查集结构中一次 find 操作的最坏代价是多少?
完全图 K7 有多少条不同的哈密顿回路 H?只是起点或方向不同的回路算作同一条。
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)。
函数依赖 A → B 是什么意思?
相关子查询(correlated subquery)是指:
“ping”命令使用哪种协议?
为什么 IPv6 不需要用 NAT 来解决地址短缺问题?
某部门在一个子网内需要 74 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 10.20.200.70/30。其子网广播地址的最后一个数(第四个八位组)x 是多少?
答案: U = 146
设置比特位:每一位对应 2 的一个幂(128、64、…、1)。一个十六进制数字恰好是四位,在 8 位补码中最左边的位权重为 −128。按位运算对每个位位置分别进行。
答案: b = 12 bit
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: ¬(q ∨ r) → ¬p
逻辑等价:两个公式在真值表的每一行取值都相同时,它们是等价(≡)的。重言式在每一行都为 1,矛盾式在每一行都为 0,偶然式则两者都不是。常用定律:德摩根律,¬(a ∧ b) ≡ ¬a ∨ ¬b 和 ¬(a ∨ b) ≡ ¬a ∧ ¬b;a → b ≡ ¬a ∨ b ≡ ¬b → ¬a(逆否命题);¬(a → b) ≡ a ∧ ¬b;以及分配律,a ∨ (b ∧ c) ≡ (a ∨ b) ∧ (a ∨ c)。
逆否命题与原命题等价,所以证明了它就证明了原命题。
答案: q = 1, r = 1
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。
这种形式的论证看起来像有效的规则,但只要有一行就足以说明它并不有效。
答案: N = 2
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: 11−1 mod 19 = 7
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)。
每个余数 r 都写成 r ≡ t·11 (mod 19)。
答案: c = 139
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: C · O(n log n)
对外层 n 次迭代中的每一次,内层循环约运行 log₂ n 次,因此总复杂度为 O(n log n)。
答案: B · 把一个已知的 NP 难问题在多项式时间内归约到 X
如果一个已知的难题能被高效地转换为 X,那么 X 的快速算法也能解决这个已知问题。
答案: B · 从根开始沿左子节点走,直到没有左子节点为止
树中没有比最左节点更小的键,因此它就是最小值;代价与树的高度成正比。
答案: C · O(n)
朴素的合并可能把树连成一条长链,因此 find 可能要沿着 n − 1 个父指针走;这两种启发式方法使其接近常数。
答案: H = 360
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。
答案: d(F) = 16
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 · A 的每个值都恰好对应 B 的一个值
A → B 表示任何两行只要 A 值相同,B 值就必须相同;A 决定 B。
答案: D · 引用外层查询的列,并针对外层的每一行进行求值的子查询
相关子查询依赖于当前的外层行,因此在逻辑上按行求值(优化器可能会将其改写为连接)。
答案: B · ICMP
Ping 发送 ICMP 回显请求(echo request),并测量回显应答(echo reply)返回所需的时间。
答案: D · 其 128 位地址空间足够大,可以为每台设备分配全局地址
IPv6 约有 3.4 × 10³⁸ 个地址,因此导致 IPv4 使用 NAT 的地址稀缺问题不复存在;安全性仍由防火墙提供。
答案: p = 25
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 = 71
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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