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 −59。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) ∧ ¬r) ↔ ((¬p ↔ q) → r) 在多少行为真?把这个数记作 N。
前提为 b → (a ∨ c); b、结论为 a 的论证是无效的。点选真值表中作为反例的那一行。
把 F = BC + ABC′ + A′B′C′ 化简为最简积之和形式。化简后的表达式包含多少个文字 L?
一个 4 位约翰逊计数器 Q₃Q₂Q₁Q₀ 从 0000 开始。每个时钟边沿,各位向右移动一位(Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀),Q₃ 接收 Q₀ 的反相。给出 3 个时钟边沿之后的状态 Q = Q₃Q₂Q₁Q₀,用十进制数表示。
求 41 模 67 的逆元:满足 0 < x < 67 且 41·x ≡ 1 (mod 67) 的数 x。
用反复平方法求 5387 mod 73。
贪心算法(greedy algorithm):
Strassen 算法在矩阵乘法中对半尺寸的分块只做 7 次而不是 8 次递归乘法。它的运行时间是多少?
运行中的程序使用哪种数据结构来记录活动的函数调用及其局部变量?
建立在 n 个数的数组上的树状数组(Fenwick tree,binary indexed tree)以 O(log n) 支持哪些操作?
一个连通图有 10 个顶点和 10 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)。
关于 HAVING,下列哪项说法正确?
为什么许多 DBMS 使用严格两阶段锁,把排他锁一直持有到提交?
HTTP 是无状态的。网站通常如何在多个请求之间保持用户的登录状态?
为什么 IPv6 不需要用 NAT 来解决地址短缺问题?
网络 192.168.10.0/24 需要划分为至少 16 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?
网络 192.168.60.0/24 用 VLSM 划分给以下局域网:A: 30 主机, B: 5 主机, C: 92 主机, D: 29 主机。子网从 .0 开始向上分配,主机最多的局域网先分配,每个局域网分配能容纳它的最小子网。局域网 B 的网络地址第四个八位组 x 是多少?
答案: U = 197
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 = 1
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 = 0, b = 1, c = 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: L = 7
布尔代数:化简表达式的规则有 X + X′ = 1 和 X·X′ = 0、X + X = X、吸收律 X + X·Y = X、合并律 X·Y + X·Y′ = X、X + X′Y = X + Y,以及一致性定理 XY + X′Z + YZ = XY + X′Z。德摩根律把 (X·Y)′ 变成 X′ + Y′,把 (X + Y)′ 变成 X′·Y′。卡诺图以图形方式应用这些规则:每个由两个相邻格子组成的圈,就是一次使用 XY + XY′ = X。
答案: Q = 14
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: 41−1 mod 67 = 18
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·41 (mod 67)。
答案: 5387 mod 73 = 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: B · 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: C · Θ(nlog₂ 7),约为 n2.81
取 a = 7、b = 2,nlog₂ 7 压过 O(n²) 的加法工作量,结果约为 n2.81。
答案: C · 调用栈
每次调用压入一个栈帧,每次返回弹出一个栈帧,这就是最近的调用最先结束的原因。
答案: D · 前缀和查询和单个元素更新
树状数组存储由每个下标的低位所确定区间上的部分和,因此前缀和与单点更新都只需 O(log n)。
答案: k = 1
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) = 23
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: C · 它可以使用聚合函数来过滤分组
HAVING 在聚合之后过滤分组,并且可以引用聚合函数;WHERE 则不能。
答案: D · 它能防止级联中止,因为没有人能读到未提交的写入
基本 2PL 保证可串行化,但过早释放写锁可能让其他事务读到后来被回滚的数据;严格 2PL 避免了这一点。
答案: A · 使用保存会话标识符或令牌的 cookie
服务器设置一个包含会话 ID 或令牌的 cookie,浏览器在每次请求时把它发回,从而让服务器识别用户。
答案: C · 其 128 位地址空间足够大,可以为每台设备分配全局地址
IPv6 约有 3.4 × 10³⁸ 个地址,因此导致 IPv4 使用 NAT 的地址稀缺问题不复存在;安全性仍由防火墙提供。
答案: H = 14
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
VLSM:每个局域网分配满足 2ʰ − 2 ≥ 其主机数的最小子网,即前缀 32 − h。先分配最大的子网,可使每个块都对齐在其自身大小的倍数上,因此网络地址就是各块大小依次相加的结果。
局域网 B:192.168.60.192/29。
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