数据结构与算法：速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 6 道练习题，完整解答附在最后。

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1公式与方法

图论

握手引理
Σ deg(v) = 2|E|
完全图
|E(Kn)| = n(n − 1)/2, |E(Km,n)| = m·n
正则图
|E| = n·k/2
树与森林
|E| = n − 1, |E| = n − c
树的叶子
L = 2 + Σ (deg(v) − 2) over deg(v) ≥ 3
欧拉
回路：所有顶点度数为偶数； 通路：恰有 2 个奇度顶点
Kn 中的哈密顿回路
(n − 1)!/2
迪杰斯特拉更新
d(v) = min(d(v), d(u) + w(u, v))
长度为 L 的途径
(Mᴸ)ij

方法

  1. 写出每个顶点的度数；所有度数之和等于边数的两倍。
  2. 对于欧拉问题，先检查图是否连通，再数一数奇度顶点的个数。
  3. 对于树，利用 n − 1 条边和握手引理。
  4. 对于迪杰斯特拉算法，保留一张暂定距离表，每一轮确定未确定顶点中距离最小的那个。
  5. 对于最小生成树，把边按权重排序，跳过每条会形成圈的边（克鲁斯卡尔算法），或者从一个起点出发扩展一棵树（普里姆算法）。

2练习题

1.算法与复杂度中等

递推式 T(n) = T(n/2) + O(1) 的解是什么？

  1. AO(n log n)
  2. BO(1)
  3. CO(log n)
  4. DO(n)
2.算法与复杂度困难

22n 属于 O(2ⁿ) 吗？

  1. A属于，因为两者都是指数级的
  2. B属于，因为在 Big O 中指数里的常数因子总是被忽略
  3. C不属于，因为 22n = 4ⁿ，而 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ 无界地增长
  4. D不属于，因为 22n 增长得比 2ⁿ 慢
3.数据结构中等

深度优先搜索（迭代版本）使用哪种数据结构？

  1. A堆
  2. B栈
  3. C队列
  4. D仅哈希表
4.数据结构困难

在 Kruskal 最小生成树算法中，并查集结构用来做什么？

  1. A检查一条边的两个端点是否已经连通
  2. B按权重对边排序
  3. C选择起始顶点
  4. D在搜索过程中存储每个顶点到源点的当前距离
5.图论中等

一棵树有 3 个度为 3 的顶点, 4 个度为 5 的顶点, 4 个度为 2 的顶点，其余所有顶点都是叶子（度为 1）。它有多少片叶子 L？

3 × deg 34 × deg 54 × deg 2
L =
6.图论困难
1245224156ABCDEF

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)。

起点：A终点：F
d(F) =

3溶液

1.算法与复杂度

答案: C · O(log n)

为什么是这个答案

问题规模每一步减半，每步的工作量是常数，因此大约有 log₂ n 步。

答案

C · O(log n)
2.算法与复杂度

答案: C · 不属于，因为 22n = 4ⁿ，而 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ 无界地增长

为什么是这个答案

在指数上加一个常数只得到一个常数因子，但用常数乘以指数会改变底数和增长率。

答案

C · 不属于，因为 22n = 4ⁿ，而 4ⁿ / 2ⁿ = 2ⁿ 无界地增长
3.数据结构

答案: B · 栈

为什么是这个答案

DFS 尽可能向深处探索，自然地使用栈（或递归的调用栈）；BFS 使用队列。

答案

B · 栈
4.数据结构

答案: A · 检查一条边的两个端点是否已经连通

为什么是这个答案

Find 判断两个端点是否在同一个连通分量中；如果不在，就加入这条边，并用 union 合并两个分量。

答案

A · 检查一条边的两个端点是否已经连通
5.图论

答案: L = 17

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。

树的握手引理

L + 37 = 2(L + 11) − 2
L = 17

答案

L = 17

捷径：L = 2 + Σ (d − 2)，对度 d ≥ 3 的顶点求和。

6.图论

答案: d(F) = 20

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。

迪杰斯特拉算法逐轮过程

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。

A (0): C: 12
C (12): B: 16, E: 14
E (14): D: 16, F: 29
B (16)
D (16): F: 20
F (20)

最短路径

A → C → E → D → F
d(F) = 20

答案

d(F) = 20

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