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 −79。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 1280 × 720 像素,每像素 16 位。它占用多少内存 M(以 KiB 计,1 KiB = 1024 字节)?
哪个公式与 p ↔ q 在逻辑上等价?点选它。
真值表的 16 行中,有多少行使 (a → b) ↔ (a → (d → ¬c)) 为真?把这个数记作 N。
把 F = B′C + A′B′C′ + AB′ + B′C′ 化简为最简积之和形式。化简后的表达式包含多少个文字 L?
求 F(A, B, C, D) = Σm(0, 5, 6, 7, 9, 11) + d(1, 2, 15) 的最简 SOP 形式,其中 d 表示无关项。它包含多少个文字 L?
求 57 模 79 的逆元:满足 0 < x < 79 且 57·x ≡ 1 (mod 79) 的数 x。
59 是素数。用费马小定理求 2666681 mod 59。
Prim 算法如何构建最小生成树?
Bellman–Ford 算法如何检测从源点可达的负权环?
二叉搜索树中的某个节点有右子树。它的中序后继在哪里?
对于键互不相同的二叉树,哪一对遍历序列总能唯一确定这棵树?
一棵树有 2 个度为 3 的顶点, 3 个度为 4 的顶点, 4 个度为 5 的顶点,其余所有顶点都是叶子(度为 1)。它有多少片叶子 L?
克鲁斯卡尔算法构造最小生成树。点选它加入的第 5 条边;被跳过的边不计。
在关系代数中,投影运算符(π)对应于:
要在深度未知的组织树中找出某位经理下属的所有员工,哪种 SQL 功能最合适?
一个 /26 的 IPv4 子网有多少个可用主机地址?
TCP 拥塞控制的“慢启动”(slow start)阶段:
某部门在一个子网内需要 85 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 10.20.102.209/26。其子网中最后一个可用主机地址的第四个八位组 x 是多少?
答案: U = 177
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 = 1800 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: (p → q) ∧ (q → 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)。
竖线之后的各列是按所示顺序排列的各个选项。
答案: N = 12
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: L = 1
布尔代数:化简表达式的规则有 X + X′ = 1 和 X·X′ = 0、X + X = X、吸收律 X + X·Y = X、合并律 X·Y + X·Y′ = X、X + X′Y = X + Y,以及一致性定理 XY + X′Z + YZ = XY + X′Z。德摩根律把 (X·Y)′ 变成 X′ + Y′,把 (X + Y)′ 变成 X′·Y′。卡诺图以图形方式应用这些规则:每个由两个相邻格子组成的圈,就是一次使用 XY + XY′ = X。
答案: L = 12
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。
还存在另一种大小相同的圈法;它的项数和文字数相同。
答案: 57−1 mod 79 = 61
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·57 (mod 79)。
答案: 2666681 mod 59 = 48
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 · 从一个起始顶点开始扩展一棵树,每次加入离开该树的最便宜的边
Prim 算法用优先队列保存跨越边,使用二叉堆时运行时间为 O(E log V)。
答案: A · 在 V − 1 轮之后,检查是否还有边可以被松弛
所有真正的最短距离都会在 V − 1 轮内求出;如果某条边仍能改进,就必然存在负权环。
答案: B · 其右子树中最左边的节点
所有比该节点大且与之相近的键都在它的右子树中,其中最小的就是那里最左边的节点。
答案: A · 前序和中序
前序给出根,而根在中序序列中的位置把左右子树分开;当某节点只有一个子节点时,前序加后序会产生歧义。
答案: L = 22
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: 边 AB
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: B · 选择哪些列出现在结果中
投影保留选定的属性(SELECT 列表),而选择 σ 保留满足条件的行(WHERE 子句)。
答案: A · 递归公用表表达式(WITH RECURSIVE)
递归 CTE 从一个锚点查询开始,反复把上一步的结果与表连接,因此能处理任意深度的层次结构。
答案: C · 62
/26 有 6 个主机位:2⁶ = 64 个地址,减去网络地址和广播地址,得到 62 个可用主机地址。
答案: B · 以指数方式增大拥塞窗口,直到达到阈值或发生丢包
慢启动以指数方式增大拥塞窗口;超过阈值后,拥塞避免阶段以线性方式增大窗口,而丢包会使窗口减小。
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 = 254
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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