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 −88 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?
把各位设置为 1100 0111 << 1 的 8 位结果。该结果的十进制值 R 是多少?
在其真值表的 8 行中,(a ∧ (c → b)) ↔ (b ∨ c) 在多少行为真?把这个数记作 N。
前提为 r → (q ∨ p); r、结论为 q 的论证是无效的。点选真值表中作为反例的那一行。
一个 4 选 1 多路选择器的选择输入为 S₁ = A 和 S₀ = B,数据输入分别接 I₀ = 1,I₁ = 1,I₂ = C,I₃ = C′。在 A、B、C 的 8 种组合中,有多少种使输出 F = 1?求 N。
一个 4 位移位寄存器 Q₃Q₂Q₁Q₀ 中存有 1110。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 6 个边沿处为 1, 0, 1, 1, 1, 0。给出最终状态 Q = Q₃Q₂Q₁Q₀,用十进制数表示。
求 49 模 61 的逆元:满足 0 < x < 61 且 49·x ≡ 1 (mod 61) 的数 x。
某个 RSA 密钥使用素数 p = 17 和 q = 31,公钥指数 e = 19。求私钥指数 d(0 < d < φ(n))。
硬币面值为 1、3 和 4,金额为 6,贪心的"先取最大硬币"方法使用多少枚硬币?与最优解相比如何?
插入排序在有序输入上运行时间为 O(n)。这与比较排序的 Ω(n log n) 下界矛盾吗?
含 V 个顶点的图的邻接矩阵占用多少内存?
在一棵根为 50、左子树为 30(子节点 20、40)、右子树为 70(子节点 60、80)的 BST 中,用中序后继删除根。哪个键成为新的根?
一个连通图有 19 个顶点和 25 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)。
在关系代数中,投影运算符(π)对应于:
在多版本并发控制(MVCC)下,读取者如何避免阻塞写入者?
IPv6 的环回地址是什么?
BGP 在互联网中的主要作用是什么?
某部门在一个子网内需要 1848 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 10.20.0.123/29。其子网广播地址的最后一个数(第四个八位组)x 是多少?
答案: U = 168
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: R = 142
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。
左移 1 位,把每一位向左移动 1 个位置;从左端移出的位丢失,右侧补入 0。
答案: N = 3
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: p = 1, q = 0, r = 1
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 = 6
多路选择器:2ⁿ 选 1 多路选择器把其数据输入之一传到输出;选择线按二进制数读取,决定选哪一个。对于选择端 S₁S₀ = AB 的 4 选 1 MUX,F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃。把数据输入接到 0、1、C 或 C′,可使 MUX 产生 A、B、C 的任意函数,这是用一块芯片实现逻辑的常用方法。
答案: Q = 7
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: 49−1 mod 61 = 5
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·49 (mod 61)。
答案: d = 379
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 · 贪心用 3 枚;最优解是 2 枚
贪心取 4 + 1 + 1,共 3 枚,而 3 + 3 只用 2 枚,因此对这种硬币体系贪心不是最优的;动态规划才是。
答案: A · 不矛盾,下界针对的是所有输入中的最坏情况,而不是每一个输入
该下界是说,每种比较排序在某个规模为 n 的输入上都需要大约 n log n 次比较;特殊的输入可能快得多。
答案: D · O(V²)
邻接矩阵存储 V × V 个元素,适合稠密图;邻接表占用 O(V + E),更适合稀疏图。
答案: D · 60
右子树中最左的节点是 60,因此 60 替换 50,并删除其原来的位置;使用前驱则会得到 40。
答案: k = 7
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) = 25
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 · 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: C · 读取者看到已提交行版本的一致快照,而写入者创建新版本
MVCC 保留旧的行版本,使读取者能看到其快照时刻的数据,而写入者创建新版本而不是原地覆盖。
答案: C · ::1
::1 是环回地址。:: 是未指定地址,fe80::/10 是链路本地地址,ff02::1 是所有节点组播组。
答案: C · 在自治系统之间交换路由信息
BGP 是域间路由协议;自治系统(AS)通告可达前缀,并根据策略选择路径。
答案: p = 21
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 = 127
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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