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 −55。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 1024 × 768 像素,每像素 32 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 ∧ p)) → (r ∧ q) 在多少行为真?把这个数记作 N。
已知前提 b ∨ a; ¬b。由它们可以推出哪个结论?点选它。
在这个卡诺图中,恰有一个 1 没有相邻的 1,所以它在最简 SOP 形式中仍是单个格子的圈(含四个文字的完整最小项)。跨越卡诺图边界的相邻关系也要计入。点选该格子。
一个上升沿触发的 JK 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 11 模 13 的逆元:满足 0 < x < 13 且 11·x ≡ 1 (mod 13) 的数 x。
某个 RSA 密钥使用素数 p = 17 和 q = 37,公钥指数 e = 5。求私钥指数 d(0 < d < φ(n))。
在一个有序数组中,你从两端各放一个指针向内移动,寻找和为目标值的两个元素。时间复杂度是多少?
哪种技术能使快速排序在任意输入上的期望运行时间为 O(n log n)?
在用数组存储的二叉最小堆(索引从 0 开始)中,索引为 i 的节点的子节点位于:
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?
一棵树有 3 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?
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 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?
传统的共享式(半双工)以太网使用哪种介质访问方法?
一台服务器的私钥在一年后被盗。哪种 TLS 特性能保证今天被记录下来的会话仍然安全?
一个子网使用掩码 255.255.255.252。它有多少个可用主机地址 H?
一台路由器有到以下网络的路由:10.172.75.0/24, 10.172.76.0/24, 10.172.77.0/24, 10.172.78.0/24, 10.172.79.0/24, 10.172.80.0/24。能覆盖所有这些网络的单条汇总路由,其最长前缀长度 p 是多少?
答案: U = 201
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 = 3072 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 = 5
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: a
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: AB = 11, CD = 11
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。
有相邻 1 的 1 可以加入由两个或更多格子组成的圈。
答案: N = 3
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: 11−1 mod 13 = 6
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·11 (mod 13)。
答案: d = 461
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(n)
如果和太小,左指针右移;如果和太大,右指针左移,因此最多 n 步。
答案: D · 均匀随机地选择基准
使用随机基准时,对每个输入的期望运行时间都是 O(n log n);坏情况依然存在,但发生的概率极低。
答案: D · 2i + 1 和 2i + 2
对于从 0 开始的数组,左子节点位于 2i + 1,右子节点位于 2i + 2,父节点位于 ⌊(i − 1)/2⌋。
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: L = 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。
捷径:L = 2 + Σ (d − 2),对度 d ≥ 3 的顶点求和。
答案: 边 CE
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 · 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: B · 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: C · CSMA/CD
载波侦听多路访问/冲突检测:站点检测到冲突时停止发送,并在随机退避后重试。全双工交换式以太网没有冲突。
答案: B · 由临时 Diffie-Hellman 密钥交换提供的前向保密
使用临时(EC)DHE 时,每个会话密钥都由用后即弃的临时值推导而来。长期密钥只用于对交换进行签名,因此日后被盗也无法解密旧的流量。
答案: H = 2
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: p = 19
路由汇总:汇总路由 a.b.c.0/p 覆盖前 p 位相同的所有网络。把第一个和最后一个网络中不同的那个八位组写成二进制;相同的前导位数加上它前面各八位组的位数,就是最长的汇总前缀。
汇总路由:10.172.64.0/19 (它还覆盖了列表中没有的 26 个网络)。
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