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 1000 1011 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 0001 AND 1110 0011 的 8 位结果。该结果的十进制值 R 是多少?
你想用逆否证明来证明 ¬b → (c ∧ a)。你要改为证明哪个蕴涵?点选它。
已知前提 p ∨ q; ¬p ∨ r。由它们可以推出哪个结论?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C) = Σm(0, 1, 2, 4, 5) 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 T 触发器从 Q = 0 开始,在 6 个时钟上升沿接收到所示的输入。Q 改变状态的次数 N 是多少?
求 24 模 83 的逆元:满足 0 < x < 83 且 24·x ≡ 1 (mod 83) 的数 x。
97 是素数。用费马小定理求 1692656 mod 97。
贪心算法(greedy algorithm):
对于哪种背包问题变体,贪心规则"按单位重量价值的顺序取物品"总能给出最优解?
检查 "{[()]}" 中的括号是否匹配,使用哪种数据结构?
关于堆排序,下列哪个说法是正确的?
一个连通图有 8 个顶点和 15 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 B 出发构造最小生成树。点选它加入的第 4 条边。
第一范式(1NF)要求:
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?
哪种 DNS 记录类型把主机名映射到 IPv6 地址?
根据香农定理,信噪比为 255 的 1 MHz 信道容量是多少?
网络 192.168.10.0/24 需要划分为至少 8 个相等的子网。若借用尽可能少的位,每个子网有多少可用主机 H?
某主机地址为 10.20.180.252/26。其网络地址的第四个八位组 x 是多少?
答案: N = −117
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 = 65
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: ¬(c ∧ a) → ¬¬b
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)。
逆否命题与原命题等价,所以证明了它就证明了原命题。
答案: q ∨ r
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 = 2
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: N = 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。
T 触发器在 T = 1 时每个上升沿翻转,在 T = 0 时保持。
答案: 24−1 mod 83 = 45
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·24 (mod 83)。
答案: 1692656 mod 97 = 61
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: D · 在每一步都做出局部最优的选择
贪心算法速度快,对某些问题是最优的(例如 Dijkstra、Huffman 编码),但一般情况下并非如此(例如某些硬币体系下的找零问题)。
答案: B · 分数背包问题,物品可以分割
物品可以分割时,先取比值最高的物品是最优的;在 0/1 背包中,一个比值高的物品可能挡住更好的组合,因此需要动态规划。
答案: A · 栈
遇到左括号就 push,遇到右括号就 pop;右括号必须与弹出的括号匹配,并且最后栈必须为空。
答案: A · 它在最坏情况下以 O(n log n) 时间原地排序,但不稳定
堆排序先建立最大堆,然后在同一个数组内提取最大值 n 次;远距离的交换可能打乱相等键的顺序。
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: 边 AC
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 · 每列都包含原子值,且没有重复组
1NF 要求每个单元格为原子值,行可唯一标识,且没有重复组。
答案: C · 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: B · AAAA
A 记录保存 IPv4 地址,AAAA 记录保存 IPv6 地址。MX 指明邮件服务器,CNAME 给出别名。
答案: A · 8 Mbit/s
C = 10⁶ × log₂(256) = 10⁶ × 8 = 8 Mbit/s。这是有噪声信道上无差错数据速率的上限。
答案: H = 30
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 = 192
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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