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?
把各位设置为 0101 1101 AND 1100 0100 的 8 位结果。该结果的十进制值 R 是多少?
在其真值表的 8 行中,¬((p ∨ q) → (q ∧ r)) 在多少行为真?把这个数记作 N。
把否定完全移到内部之后,哪个命题与 ¬∃x (F(x) ∧ G(x)) 等价?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14) 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)?
一个上升沿触发的 JK 触发器从 Q = 0 开始,接收到所示的输入。点选 Q 第一次从 1 回到 0 的时钟边沿。
求欧拉函数 φ(77),即 1 到 77 中与 77 互素的整数个数。
53 是素数。用费马小定理求 2137565 mod 53。
对 n 个 k 进制、d 位的整数进行 LSD 基数排序(radix sort),运行时间是多少?
关于类 NP 的哪个定义是正确的?
把键 50、30、70、20、40 按此顺序插入一棵空的二叉搜索树。30 的左子节点是什么?
布隆过滤器(Bloom filter)回答"该元素是否在集合中?"时:
一棵树有 2 个度为 4 的顶点, 3 个度为 5 的顶点, 4 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?
求带权图的最小生成树的总权重 W。
哪个 ACID 特性意味着并发事务看不到彼此尚未完成的更改?
x 为 NULL,y = 1。条件 (x > 5 OR y = 1) 的值是什么?
交换机通常工作在 OSI 的哪一层?
一名学生在家用 NAT 路由器后面的 PC 上运行游戏服务器。互联网上的朋友无法连接。通常的解决办法是什么?
某部门在一个子网内需要 1317 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 10.20.150.139/27。其网络地址的第四个八位组 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: R = 68
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。
AND 只有在两位都为 1 时才得 1。
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: ∀x (F(x) → ¬G(x))
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。
其他选项要么保持某个量词不变,要么改变了量词的顺序,要么错误地否定了内部的公式。
答案: L = 3
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: 时钟边沿 4
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。
JK 触发器:00 保持,01 复位 (Q = 0),10 置位 (Q = 1),11 翻转。
答案: φ(77) = 60
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: 2137565 mod 53 = 51
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 · O(d(n + k))
d 趟中的每一趟都是代价为 O(n + k) 的计数排序,因此当 d 和 k 固定时,总时间关于 n 是线性的。
答案: C · 给定证书时,其"是"答案能在多项式时间内验证的判定问题
对于 NP 问题,一个候选解(证书)可以被快速检验,例如验证给定的赋值是否满足一个布尔公式。
答案: C · 20
20 比 50 小,也比 30 小,因此成为 30 的左子节点;40 成为 30 的右子节点。
答案: A · 可能出现假阳性,但不会出现假阴性
如果某元素对应的任一位为 0,则它一定不存在;如果全部为 1,则它很可能存在。布隆过滤器以牺牲准确性换取极少的内存占用。
答案: L = 15
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: W = 65
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。
答案: A · 隔离性
隔离性使并发事务互不干扰;隔离级别决定执行的严格程度。
答案: D · TRUE
x > 5 为 UNKNOWN,但与 TRUE 进行 OR 运算无论如何都是 TRUE,因此该行被保留;同理,UNKNOWN AND FALSE 为 FALSE。
答案: C · 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: C · 在路由器上配置端口转发,指向该 PC 的私有地址
NAT 只为从内部发起的连接建立映射。端口转发规则把一个公网端口映射到内部主机,使入站连接能够到达它。
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 = 128
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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