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 −45。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 256 × 256 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,(c ∨ (¬b ∧ a)) ∨ ((a → b) ∧ c) 在多少行为真?把这个数记作 N。
把否定完全移到内部之后,哪个命题与 ¬∀x A(x) 等价?点选它。
把 F = AC + AB′C′ + B′C′ + AC′ 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 8 位行波(异步)计数器由传播延迟均为 5 ns 的触发器构成。所有输出必须在下一个时钟边沿之前稳定下来。求最高时钟频率 fmax。
求 13 模 17 的逆元:满足 0 < x < 17 且 13·x ≡ 1 (mod 17) 的数 x。
用 RSA 公钥 (n, e) = (629, 13) 加密消息 m = 75。求密文 c。
当问题具有以下特征时,动态规划(dynamic programming)很有用:
要证明一个新问题 X 是 NP 难(NP-hard)的,必须做什么?
AVL 树在每个节点上维持什么平衡条件?
为什么不能简单地通过清除位来从标准布隆过滤器中删除元素?
这个连通图有欧拉回路、有不是回路的欧拉通路,还是两者都没有?点选你的答案。
求带权图的最小生成树的总权重 W。
在关系代数中,选择运算符(σ)对应于哪个 SQL 子句?
事务 T1 锁定了行 A 并等待行 B,而 T2 锁定了行 B 并等待行 A。典型的 DBMS 会怎么做?
传统的共享式(半双工)以太网使用哪种介质访问方法?
标准以太网(Ethernet)载荷的最大传输单元(MTU)是多少?
网络 192.168.10.0/24 需要划分为至少 6 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 10.20.89.226/25。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 = 211
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 = 256 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: ∃x ¬A(x)
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。
其他选项要么保持某个量词不变,要么改变了量词的顺序,要么错误地否定了内部的公式。
答案: L = 3
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: fmax = 25 MHz
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: 13−1 mod 17 = 4
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·13 (mod 17)。
答案: c = 482
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 · 重叠子问题和最优子结构
存储重叠子问题的结果(记忆化或制表)可以避免重复计算,把指数时间算法变成多项式时间算法。
答案: B · 把一个已知的 NP 难问题在多项式时间内归约到 X
如果一个已知的难题能被高效地转换为 X,那么 X 的快速算法也能解决这个已知问题。
答案: A · 左右子树的高度之差至多为 1
平衡因子(左子树高度 − 右子树高度)必须为 −1、0 或 1;插入和删除之后通过旋转来恢复平衡。
答案: C · 这些位可能同时属于其他元素,从而导致假阴性
清除一个共享的位会使另一个元素看起来不存在;计数布隆过滤器用计数器代替位,从而允许删除。
答案: 有欧拉通路,无回路
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。
欧拉通路从一个奇度顶点出发,在另一个奇度顶点结束。
答案: W = 41
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: D · WHERE
σcondition(R) 返回 R 中满足条件的元组,就像 WHERE 子句一样。
答案: B · 检测到死锁,并中止其中一个事务作为牺牲者
等待图中的环就是死锁;DBMS 回滚其中一个事务,使另一个能够继续,被牺牲的事务可以重试。
答案: A · 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: A · 1500 字节
标准以太网最多承载 1500 字节的载荷;更大的 IP 数据包必须分片或使用路径 MTU 发现(path MTU discovery)。
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 = 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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