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 −65。按无符号数读取,该位模式的值 U 是多少?
把各位设置为 1100 0010 >> 3 的 8 位结果。该结果的十进制值 R 是多少?
哪个公式与 ¬(r ↔ p) 在逻辑上等价?点选它。
前提为 c → b; ¬c、结论为 ¬b 的论证是无效的。点选真值表中作为反例的那一行。
用卡诺图求 F(A, B, C, D) = Σm(4, 6, 7, 8, 12, 15) 的最简和之积 (POS) 形式。它有多少个和项(因子)N?
一个 4 位移位寄存器 Q₃Q₂Q₁Q₀ 中存有 0111。每个时钟边沿,各位向右移动一位(Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀,Q₀ 丢失),串行输入进入 Q₃。串行输入在 5 个边沿处为 1, 0, 0, 1, 0。给出最终状态 Q = Q₃Q₂Q₁Q₀,用十进制数表示。
求 5 模 37 的逆元:满足 0 < x < 37 且 5·x ≡ 1 (mod 37) 的数 x。
用 RSA 公钥 (n, e) = (287, 7) 加密消息 m = 227。求密文 c。
用标准的三重循环计算两个 n × n 矩阵的乘积,时间复杂度是多少?
旅行商问题如何分类?
如何向二叉堆中插入一个新元素?
为什么数据库常用 B+ 树而不是普通的 B 树来建立索引?
一个连通图有 14 个顶点和 19 条边。必须去掉多少条边 k 才能剩下一棵生成树?
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)。
对于一行,WHERE EXISTS (subquery) 在什么情况下为真?
对于两个没有可用索引的大表之间的等值连接,优化器通常选择哪种连接算法?
RIP 使用哪种度量来选择路由?
下列哪个地址是公网(而非 RFC 1918 私有)IPv4 地址?
某部门在一个子网内需要 214 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 10.20.245.166/25。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 = 191
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: R = 24
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。
右移 3 位,把每一位向右移动 3 个位置;从右端移出的位丢失,左侧补入 0。
答案: r ↔ ¬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: b = 1, c = 0
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。
这种形式的论证看起来像有效的规则,但只要有一行就足以说明它并不有效。
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。
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: Q = 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。
答案: 5−1 mod 37 = 15
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·5 (mod 37)。
答案: c = 52
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 · O(n³)
共有 n² 个元素,每个需要 n 次乘法,因此共 n³ 次运算。
答案: C · 判定版本是 NP 完全的,优化版本是 NP 难的
"是否存在长度至多为 k 的回路?"是 NP 完全的;求最短回路是 NP 难的,因为它至少同样困难。
答案: B · 把它放在数组末尾,只要它违反堆性质就将其上浮(sift up)
在末尾添加可以使树保持完全;与父节点交换可在 O(log n) 步内恢复顺序。
答案: B · 所有记录都在相互链接的叶子中,使范围扫描很高效
在 B+ 树中,内部节点只用于引导查找,叶子按键的顺序链接起来,因此范围查询先找到第一个键,再沿着叶子向后走。
答案: k = 6
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) = 29
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 · 子查询至少返回一行时
EXISTS 只检查是否产生了任何行;子查询不返回任何行时,NOT EXISTS 为真。
答案: A · 哈希连接
哈希连接在一个输入上构建哈希表,再用另一个输入进行探测,非常适合没有索引的大型等值连接。
答案: A · 跳数
RIP 是一种计算跳数的距离向量协议,16 表示不可达。这使它只适用于小型网络。
答案: A · 172.32.0.1
172.16.0.0/12 的范围是 172.16.0.0 到 172.31.255.255,所以 172.32.0.1 在此范围之外。其他三个都在私有地址范围内。
答案: p = 24
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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