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 −26。按无符号数读取,该位模式的值 U 是多少?
一幅未压缩图像为 1920 × 1080 像素,每像素 8 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 ∧ q) ∧ (r ↔ q) 在多少行为真?把这个数记作 N。
已知前提 p → r; r → q。由它们可以推出哪个结论?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 3, 6, 7, 8, 11) 的最简积之和 (SOP) 形式。它有多少个乘积项 N?
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 15 模 29 的逆元:满足 0 < x < 29 且 15·x ≡ 1 (mod 29) 的数 x。
用反复平方法求 1188 mod 25。
递推式 T(n) = T(n/2) + O(1) 的解是什么?
要证明一个新问题 X 是 NP 难(NP-hard)的,必须做什么?
对二叉搜索树进行中序遍历时,访问键的顺序是:
在一棵根为 50、左子树为 30(子节点 20、40)、右子树为 70(子节点 60、80)的 BST 中,用中序后继删除根。哪个键成为新的根?
一个连通图有 16 个顶点和 26 条边。必须去掉多少条边 k 才能剩下一棵生成树?
普里姆算法从顶点 C 出发构造最小生成树。点选它加入的第 3 条边。
哪个查询返回每个客户的订单数量?
一个表有一百万行,布尔列 is_active 中有 95% 为 TRUE。为什么对于 WHERE is_active = TRUE,优化器可能不使用 is_active 上的索引?
VLAN 的主要用途是什么?
根据奈奎斯特公式,使用 4 个信号电平的无噪声 3 kHz 信道的最大比特率是多少?
某部门在一个子网内需要 69 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 10.20.120.158/26。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 = 230
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: M = 2025 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 = 1
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: p → q
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: 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。
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: 15−1 mod 29 = 2
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·15 (mod 29)。
答案: 1188 mod 25 = 6
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(log n)
问题规模每一步减半,每步的工作量是常数,因此大约有 log₂ n 步。
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 · 升序排列
先访问左子树,再访问节点,最后访问右子树,可按有序顺序输出 BST 的键。
答案: B · 60
右子树中最左的节点是 60,因此 60 替换 50,并删除其原来的位置;使用前驱则会得到 40。
答案: k = 11
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: 边 BD
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: D · SELECT customer_id, COUNT(*) FROM orders GROUP BY customer_id
GROUP BY customer_id 为每个客户生成一个分组,COUNT(*) 统计每个分组中的行数。
答案: B · 大多数行都匹配,因此全表扫描比大量索引查找更便宜
当索引能把搜索范围缩小到少数几行时才有帮助;当大多数行都符合条件时,随机的索引查找比顺序读取整个表代价更高。
答案: C · 把一个物理交换网络划分成多个独立的广播域
VLAN 对端口进行逻辑分组,使广播只留在各自的 VLAN 内。这提高了安全性并限制了广播流量。
答案: C · 12 kbit/s
2 × 3000 × log₂ 4 = 2 × 3000 × 2 = 12,000 bit/s。更多的电平能提高速率,但噪声限制了可以区分的电平数。
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 = 191
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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