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。
把 −103 写成 8 位补码模式。再把该模式当作无符号二进制数读出:它的十进制值 U 是多少?
一幅未压缩图像为 640 × 480 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,(p → (r ↔ q)) → (¬p ∧ r) 在多少行为真?把这个数记作 N。
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。
在这个卡诺图中,恰有一个 1 没有相邻的 1,所以它在最简 SOP 形式中仍是单个格子的圈(含四个文字的完整最小项)。跨越卡诺图边界的相邻关系也要计入。点选该格子。
模 5 计数器由最少个数的触发器构成。可能的状态中有多少个 U 从未被用到?
求 27 模 44 的逆元:满足 0 < x < 44 且 27·x ≡ 1 (mod 44) 的数 x。
某个 RSA 密钥使用素数 p = 23 和 q = 47,公钥指数 e = 13。求私钥指数 d(0 < d < φ(n))。
递推式 T(n) = T(n − 1) + O(n) 的解是什么?
在有 V 个顶点、E 条边的图上,使用二叉堆的 Dijkstra 算法运行时间是多少?
在存储于容量为 n 的数组中的循环队列里,下标 i 之后的下一个位置如何计算?
向 AVL 树插入一个键后,某节点的左子树过高,而新键插入到了其左子节点的左子树中(左左情况)。应采用哪种修正?
一个连通图有 13 个顶点和 20 条边。必须去掉多少条边 k 才能剩下一棵生成树?
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)。
公用表表达式(WITH name AS (...))提供什么?
把 R 分解为 R1 和 R2 在什么情况下保证是无损的?
交换机通常工作在 OSI 的哪一层?
一条路径的带宽为 100 Mbit/s,往返时间为 40 ms。要使其被充分利用,在途数据量必须有多少?
某部门在一个子网内需要 272 个主机地址。足够使用的最长前缀 p(最小子网)是多少?
一台路由器有到以下网络的路由:10.255.210.0/24, 10.255.211.0/24, 10.255.212.0/24, 10.255.213.0/24, 10.255.214.0/24, 10.255.215.0/24。能覆盖所有这些网络的单条汇总路由,其最长前缀长度 p 是多少?
答案: U = 153
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: M = 600 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 = 4
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: 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: AB = 10, CD = 11
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。
有相邻 1 的 1 可以加入由两个或更多格子组成的圈。
答案: U = 3
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。
答案: 27−1 mod 44 = 31
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·27 (mod 44)。
答案: d = 545
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: A · O(n²)
工作量之和约为 n² / 2,这是选择排序的递推式,也是基准最差时快速排序的递推式。
答案: C · O((V + E) log V)
共有 V 次 extract-min 和至多 E 次 decrease-key 操作,每次为 O(log V);斐波那契堆可将其改进为 O(E + V log V)。
答案: A · (i + 1) mod n
取模运算把下标 n − 1 回绕到 0,因此数组可以被重复使用而无需移动元素。
答案: A · 在失衡节点处进行一次右旋
在左左情况中,一次右旋把左子节点提上来,恢复平衡;之字形情况需要双旋转。
答案: k = 8
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) = 26
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: D · 一个可在一条语句中使用的命名临时结果
CTE 给子查询起一个名字,使复杂查询更易读,并且可以在同一条语句中被多次引用。
答案: A · R1 和 R2 的公共属性构成 R1 或 R2 的超键时
如果共享属性决定了 R1 或 R2 的所有属性,把它们连接回来就恰好得到原来的行,不会产生多余的元组。
答案: D · 数据链路层(第 2 层)
标准交换机学习 MAC 地址并在第 2 层转发帧。三层交换机还具备路由功能。
答案: B · 500 kB
带宽时延积为 100 × 10⁶ bit/s × 0.04 s = 4 × 10⁶ 比特 = 500 kB。发送方的窗口必须至少这么大。
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: p = 21
路由汇总:汇总路由 a.b.c.0/p 覆盖前 p 位相同的所有网络。把第一个和最后一个网络中不同的那个八位组写成二进制;相同的前导位数加上它前面各八位组的位数,就是最长的汇总前缀。
汇总路由:10.255.208.0/21 (它还覆盖了列表中没有的 2 个网络)。
ExamProblems · examproblems.com/courses/computer-science-fundamentals