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 −41。按无符号数读取,该位模式的值 U 是多少?
12 位补码能存储的最小(最负)整数 N 是多少?
c ↔ ¬c 是重言式、矛盾式还是偶然式?点选你的答案。
已知前提 b → a; a → c; ¬c。由它们可以推出哪个结论?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C) = Σm(0, 1, 2, 3, 7) 的最简积之和 (SOP) 形式。它有多少个乘积项 N?
求 F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 15) + d(9, 11) 的最简 SOP 形式,其中 d 表示无关项。它包含多少个文字 L?
解 20x ≡ 63 (mod 83)。给出满足 0 < x < 83 的解 x。
用反复平方法求 59190 mod 98。
下面代码的时间复杂度是多少:for i = 1 to n: (j = 1; while j < n: j = j × 2)?
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)?
二叉搜索树中的某个节点有右子树。它的中序后继在哪里?
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。
从 C 到 B 的长度为 3 的途径有多少条?途径可以重复顶点和边。把这个数记作 N。
对于一行,WHERE EXISTS (subquery) 在什么情况下为真?
一个表有一百万行,布尔列 is_active 中有 95% 为 TRUE。为什么对于 WHERE is_active = TRUE,优化器可能不使用 is_active 上的索引?
TLS 通常如何使用非对称加密和对称加密?
根据香农定理,信噪比为 255 的 1 MHz 信道容量是多少?
网络 192.168.10.0/24 需要划分为至少 20 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 10.20.230.18/28。其网络地址的第四个八位组 x 是多少?
答案: U = 215
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: N = −2048
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: 矛盾式
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)。
答案: ¬b
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: N = 2
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。
答案: L = 12
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。
由 1 和 X 能够构成的最大的圈。
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: x = 82
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)。
答案: 59190 mod 98 = 39
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 log n)
对外层 n 次迭代中的每一次,内层循环约运行 log₂ n 次,因此总复杂度为 O(n log n)。
答案: C · 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 · 其右子树中最左边的节点
所有比该节点大且与之相近的键都在它的右子树中,其中最小的就是那里最左边的节点。
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: 欧拉回路
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。
答案: N = 7
度:顶点的度是与它相连的边的条数。每条边有两个端点,所以度数之和等于边数的两倍:Σ deg(v) = 2|E|(握手引理)。因此奇度顶点的个数是偶数。Kn 有 n(n − 1)/2 条边,n 个顶点的 k-正则图有 nk/2 条边,n 个顶点的树有 n − 1 条边。
答案: C · 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: C · 大多数行都匹配,因此全表扫描比大量索引查找更便宜
当索引能把搜索范围缩小到少数几行时才有帮助;当大多数行都符合条件时,随机的索引查找比顺序读取整个表代价更高。
答案: A · 非对称方法用于协商密钥和认证;对称密码用于加密数据
公钥方法和证书用于建立共享密钥并证明身份。随后由 AES 等快速对称密码保护大量数据。
答案: C · 8 Mbit/s
C = 10⁶ × log₂(256) = 10⁶ × 8 = 8 Mbit/s。这是有噪声信道上无差错数据速率的上限。
答案: H = 6
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 = 16
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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