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 −25 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?
某系统要为 2486 个项目中的每一个分配一个长度相同的独立二进制编码。最少需要多少位 b?
在其真值表的 8 行中,(a ↔ c) → (¬c → ¬b) 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 ∃y R(x, y) 等价?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C) = Σm(1, 2, 6) 的最简和之积 (POS) 形式。它有多少个和项(因子)N?
一个上升沿触发的 D 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。
求满足 x ≡ 1 (mod 3) 和 x ≡ 3 (mod 5) 的最小正整数 x。
37 是素数。用费马小定理求 2299538 mod 37。
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?
要证明一个判定问题 X 是 NP 完全的,必须证明哪两点?
用两个栈实现一个队列:入队时压入 "in" 栈,出队时从 "out" 栈弹出,"out" 栈为空时从 "in" 栈重新填充。每次操作的均摊代价是多少?
哪种数据结构可以支持 get 和 put 均为 O(1) 的 LRU(最近最少使用)缓存?
这个连通图有欧拉回路、有不是回路的欧拉通路,还是两者都没有?点选你的答案。
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?
表 enrolment(student_id, course_id, student_name, grade) 的键是 (student_id, course_id)。它违反了哪个范式?
把一个 1500 字节的数据包发送到 12 Mbit/s 的链路上需要多长时间(发送时延)?
为什么要引入 TCP 窗口扩大选项?
某部门在一个子网内需要 791 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 10.20.33.110/29。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 = 231
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: b = 12 bit
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: ∃x ∀y ¬R(x, y)
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: N = 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。
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: 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。
D 触发器在每个上升沿复制 D:Q⁺ = D。
答案: x = 13
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: 2299538 mod 37 = 25
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: C · 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: B · X 属于 NP,并且某个已知的 NP 完全问题能在多项式时间内归约到 X
属于 NP 说明 X 不比 NP 更难;从已知 NP 完全问题出发的归约说明 X 至少和整个 NP 一样难。
答案: A · O(1)
每个元素总共最多被压入和弹出各两次,因此尽管一次重新填充可能需要 O(n),整个操作序列的平均代价是 O(1)。
答案: B · 哈希表与双向链表相结合
哈希表在 O(1) 内找到节点,双向链表在 O(1) 内将被访问的元素移到前端,并从尾部淘汰元素。
答案: 欧拉回路
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) = 14
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: A · 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: A · 第二范式,因为 student_name 只依赖于 student_id
student_name 只依赖于键的一部分,这是部分依赖;把它移到 students 表中可以修正对 2NF 的违反。
答案: D · 1 ms
1500 字节 = 12,000 比特。12,000 / 12,000,000 bit/s = 0.001 s = 1 ms。发送时延取决于数据包大小和链路速率,而不是距离。
答案: A · 16 位的窗口字段把窗口限制在 65,535 字节,对于高速长距离路径来说太小
原始首部最多允许 65,535 字节的未确认数据。窗口扩大把它乘以 2 的幂,使高带宽时延积的路径能够被填满。
答案: p = 22
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 = 110
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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