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 1100 1111 以补码形式存储一个有符号整数。它的十进制值 N 是多少?
一幅未压缩图像为 1024 × 768 像素,每像素 16 位。它占用多少内存 M(以 KiB 计,1 KiB = 1024 字节)?
在其真值表的 8 行中,¬(q ∧ (¬q → p)) → (r ∨ p) 在多少行为真?把这个数记作 N。
真值表的 16 行中,有多少行使 ((b ∧ a) → a) → (c → (b → d)) 为真?把这个数记作 N。
用卡诺图求 F(A, B, C, D) = Σm(0, 4, 11, 15) 的最简积之和 (SOP) 形式。它有多少个乘积项 N?
3 位二进制减法计数器从 3(十进制,Q = 011)开始。经过 10 个时钟脉冲后,它显示的计数 Q(十进制)是多少?
求满足 x ≡ 9 (mod 10) 和 x ≡ 11 (mod 13) 的最小正整数 x。
某个 RSA 密钥使用 p = 11,q = 37,e = 7。解密密文 c = 303:求消息 m。
朴素递归斐波那契(fib(n) = fib(n−1) + fib(n−2))的时间复杂度是:
关于 log(n!),哪个界是正确的?
如果按已排序的顺序插入键,含 n 个节点的二叉搜索树在最坏情况下的高度是多少?
在循环缓冲区中,front == rear 既可能表示空,也可能表示满。区分它们的一种常见方法是什么?
完全图 K4 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)。
哪个查询返回 customers 表中不同城市的数量?
在多版本并发控制(MVCC)下,读取者如何避免阻塞写入者?
HTTP 方法 GET 和 POST 的主要区别是什么?
一台防火墙阻止了所有 ICMP。小的 Web 请求正常,但经过某些路径的大文件下载会卡住。可能的原因是什么?
某部门在一个子网内需要 1147 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 10.20.2.110/30。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: N = −49
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: M = 1536 KiB
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 = 7
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: N = 14
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: 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: Q = 1
触发器与计数器:触发器只在时钟的有效边沿改变。D 复制其输入 (Q⁺ = D);T 在 T = 1 时翻转;JK 在 00 时保持,01 时复位,10 时置位,11 时翻转。n 位二进制计数器有 2ⁿ 个状态,按模 2ⁿ 计数;模 N 计数器依次计 0, 1, …, N − 1 然后回到 0,需要满足 2ⁿ ≥ N 的最小 n 个触发器。行波计数器的每一级使频率减半,所以模 N 计数器的最后一级输出频率为 fclk/N。n 个触发器的约翰逊计数器有 2n 个状态,环形计数器有 n 个。
每 8 个脉冲使计数器回到相同的状态。
答案: x = 89
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: m = 403
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: B · 指数级
调用树大约按 φⁿ(约 1.618ⁿ)增长。记忆化可将其降为 O(n)。
答案: C · Θ(n log n)
log(n!) ≤ n log n,而最大的 n / 2 个因子给出 log(n!) ≥ (n / 2) log(n / 2);这就是比较排序需要 Ω(n log n) 的原因。
答案: A · n(退化为链表)
有序插入会生成高度为 n 的退化树,使查找变为 O(n)。平衡树可以避免这种情况。
答案: C · 另外保存一个元素计数,或者始终留一个槽位不用
有计数时,空表示 count = 0,满表示 count = capacity;留一个空槽时,满定义为 (rear + 1) mod n == front。
答案: H = 3
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) = 5
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: C · SELECT COUNT(DISTINCT city) FROM customers
COUNT(DISTINCT city) 统计不同的非 NULL 城市;放在 COUNT 外面的 DISTINCT 只是去除重复的结果行。
答案: D · 读取者看到已提交行版本的一致快照,而写入者创建新版本
MVCC 保留旧的行版本,使读取者能看到其快照时刻的数据,而写入者创建新版本而不是原地覆盖。
答案: C · GET 获取资源,POST 在请求体中提交数据
GET 请求一个资源,不应改变服务器状态。POST 在请求体中发送数据(例如表单),供服务器处理。
答案: A · 由于"需要分片"消息被阻止,路径 MTU 发现失败
PMTUD 依靠 ICMP 消息来得知较小的 MTU。如果这些消息被丢弃,大数据包就会悄无声息地消失,形成"黑洞"连接。
答案: p = 21
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 = 111
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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