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 −22。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 1920 × 1080 像素,每像素 16 位。它占用多少内存 M(以 KiB 计,1 KiB = 1024 字节)?
r → (r ∧ p) 是重言式、矛盾式还是偶然式?点选你的答案。
把否定完全移到内部之后,哪个命题与 ¬∀x (A(x) ∨ B(x)) 等价?点选它。
用卡诺图求 F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 4, 7, 11) 的最简积之和 (SOP) 形式。它有多少个乘积项 N?
对于 F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 4, 5, 6, 7, 9, 14) + d(8, 12, 15)(其中 d 表示无关项),求必要质蕴涵项的个数 N。
求满足 x ≡ 8 (mod 11) 和 x ≡ 6 (mod 13) 的最小正整数 x。
41 是素数。用费马小定理求 2935187 mod 41。
用标准的三重循环计算两个 n × n 矩阵的乘积,时间复杂度是多少?
Cook–Levin 定理确立了什么?
一棵高度为 h(以边数计)的满二叉树有多少个节点?
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?
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。
克鲁斯卡尔算法构造最小生成树。点选它加入的第 3 条边;被跳过的边不计。
什么是 SQL 注入(SQL injection)?
在多版本并发控制(MVCC)下,读取者如何避免阻塞写入者?
状态防火墙与简单的包过滤器有何不同?
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 12 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 10.20.160.86/28。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 = 234
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 = 4050 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: 偶然式
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: ∃x (¬A(x) ∧ ¬B(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: N = 3
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: N = 1
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。
答案: x = 19
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: 2935187 mod 41 = 22
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(n³)
共有 n² 个元素,每个需要 n 次乘法,因此共 n³ 次运算。
答案: C · 布尔可满足性问题(SAT)是 NP 完全的
Cook 和 Levin 各自独立地证明了 NP 中的每个问题都能在多项式时间内归约到 SAT,因此 SAT 是第一个已知的 NP 完全问题。
答案: A · 2h+1 − 1
求和 1 + 2 + 4 + ... + 2h 得到 2h+1 − 1;例如,高度为 2 时有 7 个节点。
答案: B · 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: 都不是
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: 边 AC
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: A · 用户输入改变 SQL 查询结构的一种攻击
当用户输入被拼接进 SQL 时,攻击者可以注入命令。带参数的预编译语句(prepared statement)将数据与代码分离。
答案: A · 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: D · 它跟踪连接,并允许属于已建立会话的回复通过
状态防火墙维护一张活动连接表,因此返回流量会被自动允许。无状态过滤器则孤立地判断每个数据包。
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 = 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 = 95
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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