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

朴素递归斐波那契(fib(n) = fib(n−1) + fib(n−2))的时间复杂度是:

  1. A指数级
  2. B对数级
  3. C常数
  4. D线性
2.算法与复杂度困难

关于 little-o 记号,下列哪个说法是正确的?

  1. A2n = o(n),因为 2n 增长得慢
  2. Bn² = o(n)
  3. Cn = o(n²),但 n 不是 o(n)
  4. Dn = o(n),因为每个函数都是自身的 little-o
3.数据结构中等

在用数组存储的二叉最小堆(索引从 0 开始)中,索引为 i 的节点的子节点位于:

  1. Ai/2 和 i/2 + 1
  2. B2i + 1 和 2i + 2
  3. Ci + 1 和 i + 2
  4. D2i 和 2i + 1
4.数据结构困难

一个 AVL 节点失衡,原因是其左子节点的右子树变得过高(左右情况)。应采用哪种修正?

  1. A先在左子节点处左旋,再在该节点处右旋
  2. B在该节点处进行一次左旋
  3. C先在左子节点处右旋,再在该节点处左旋
  4. D在该节点处进行一次右旋
5.图论中等

一棵树有 4 个度为 3 的顶点, 3 个度为 4 的顶点, 2 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?

4 × deg 33 × deg 42 × deg 54 × deg 2
L =
6.图论困难
ABCDE

从 B 到 E 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。

M = 邻接矩阵L = 3
N =

3溶液

1.算法与复杂度

答案: A · 指数级

为什么是这个答案

调用树大约按 φⁿ(约 1.618ⁿ)增长。记忆化可将其降为 O(n)。

答案

A · 指数级
2.算法与复杂度

答案: C · n = o(n²),但 n 不是 o(n)

为什么是这个答案

f = o(g) 表示 f(n) / g(n) 趋于 0;n / n² 趋于 0,而 n / n = 1 则不然。

答案

C · n = o(n²),但 n 不是 o(n)
3.数据结构

答案: B · 2i + 1 和 2i + 2

为什么是这个答案

对于从 0 开始的数组,左子节点位于 2i + 1,右子节点位于 2i + 2,父节点位于 ⌊(i − 1)/2⌋。

答案

B · 2i + 1 和 2i + 2
4.数据结构

答案: A · 先在左子节点处左旋,再在该节点处右旋

为什么是这个答案

第一次旋转把左右情况转换为左左情况,然后在失衡节点处右旋即可修正。

答案

A · 先在左子节点处左旋,再在该节点处右旋
5.图论

答案: L = 18

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 + 42 = 2(L + 13) − 2
L = 18

答案

L = 18

捷径:L = 2 + Σ (d − 2),对度 d ≥ 3 的顶点求和。

6.图论

答案: N = 1

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。

邻接矩阵

A: 0 1 1 0 0
B: 1 0 1 1 0
C: 1 1 0 0 1
D: 0 1 0 0 1
E: 0 0 1 1 0

再走一步

(M³)BE = 1·0 + 3·0 + 1·1 + 0·1 + 2·0 = 1

答案

N = 1

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