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

说一个 O(n²) 算法也是 O(n³),这正确吗?

  1. A正确,因为 Big O 是上界,而 n² 的增长不比 n³ 快
  2. B不正确,因为 Big O 必须始终给出函数的确切增长率
  3. C不正确,因为当 n 很大时 n³ 小于 n²
  4. D正确,但仅当 n 小于 100 时
2.算法与复杂度困难

为什么哈希表的平均查找时间是 O(1),而最坏情况是 O(n)?

  1. A数组的访问时间是 O(n)
  2. B哈希函数运行很慢
  3. C键必须先排序
  4. D许多键可能冲突(collision)到同一个桶中
3.数据结构中等

在使用开放寻址法的哈希表中,可能的最大负载因子是多少?

  1. A2
  2. B没有最大值
  3. C0.5
  4. D1
4.数据结构困难

向 AVL 树插入一个键后,某节点的左子树过高,而新键插入到了其左子节点的左子树中(左左情况)。应采用哪种修正?

  1. A在失衡节点处进行一次左旋
  2. B在失衡节点处进行一次右旋
  3. C对该节点及其子节点重新着色
  4. D先在子节点处左旋,再在该节点处右旋
5.图论中等
ABCDEFG欧拉回路有欧拉通路,无回路都不是

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。

|V| = 7|E| = 8
  1. 1欧拉回路
  2. 2有欧拉通路,无回路
  3. 3都不是
6.图论困难
4612541391ABCDEF

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: A · 正确,因为 Big O 是上界,而 n² 的增长不比 n³ 快

为什么是这个答案

Big O 是上界,因此这个说法是对的,但不是紧确的;Θ(n²) 给出的才是确切的增长率。

答案

A · 正确,因为 Big O 是上界,而 n² 的增长不比 n³ 快
2.算法与复杂度

答案: D · 许多键可能冲突(collision)到同一个桶中

为什么是这个答案

在哈希函数和负载因子(load factor)良好的情况下,桶的平均长度很短;恶意构造的输入或较差的哈希可能把所有键放进同一个桶。

答案

D · 许多键可能冲突(collision)到同一个桶中
3.数据结构

答案: D · 1

为什么是这个答案

使用开放寻址法时,所有键都存储在表本身中,因此 n 不能超过 m;拉链法的负载因子可以大于 1。

答案

D · 1
4.数据结构

答案: B · 在失衡节点处进行一次右旋

为什么是这个答案

在左左情况中,一次右旋把左子节点提上来,恢复平衡;之字形情况需要双旋转。

答案

B · 在失衡节点处进行一次右旋
5.图论

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。

度

deg(A) = 2, deg(B) = 1, deg(C) = 3, deg(D) = 2, deg(E) = 4, deg(F) = 1, deg(G) = 3

奇度顶点

B, C, F, G → 4
都不是

答案

都不是
6.图论

答案: d(F) = 14

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): B: 4, C: 6
B (4): D: 9, E: 5
E (5): F: 14
C (6)
D (9)
F (14)

最短路径

A → B → E → F
d(F) = 14

答案

d(F) = 14

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