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

均摊分析衡量的是什么？

  1. A序列中任何位置上单个最昂贵操作的代价
  2. B算法在最好输入上的代价
  3. C在最坏情况的操作序列上，每个操作的平均代价
  4. D在随机输入上的期望代价
2.算法与复杂度困难

拓扑排序只适用于：

  1. A带负权重的图
  2. B完全图
  3. C有向无环图（DAG）
  4. D无向图
3.数据结构中等

在字母表固定的字典树中查找一个长度为 L 的单词需要多长时间？

  1. AO(L × n)
  2. BO(L)，与存储了多少个单词无关
  3. CO(log n)，其中 n 是单词个数
  4. DO(n)，其中 n 是单词个数
4.数据结构困难

如何只用 O(1) 的额外内存检测一个单链表中是否有环？

  1. A把每个访问过的节点存入一个哈希集合
  2. B对链表排序并寻找重复元素
  3. C让一个指针每次走一步，另一个每次走两步，检查它们是否相遇
  4. D计数节点，直到计数超过链表的长度字段
5.图论中等

完全图 K4 有多少条不同的哈密顿回路 H？只是起点或方向不同的回路算作同一条。

K4
H =
6.图论困难
13914463514ABCDEF

迪杰斯特拉算法从 A 开始运行。点选在第 3 轮被确定（成为永久标号）的顶点；A 本身是第 1 轮。

起点：A轮 3
  1. 1A
  2. 2B
  3. 3C
  4. 4D
  5. 5E
  6. 6F

3溶液

1.算法与复杂度

答案: C · 在最坏情况的操作序列上，每个操作的平均代价

为什么是这个答案

均摊分析把少数昂贵操作的代价分摊到许多廉价操作上，从而对任意操作序列给出有保证的平均值。

答案

C · 在最坏情况的操作序列上，每个操作的平均代价
2.算法与复杂度

答案: C · 有向无环图（DAG）

为什么是这个答案

当且仅当有向图中没有环时才存在拓扑序；可以用 DFS 或 Kahn 算法在 O(V + E) 内求出。

答案

C · 有向无环图（DAG）
3.数据结构

答案: B · O(L)，与存储了多少个单词无关

为什么是这个答案

每个字符选择一个子节点，因此无论字典树中有多少单词，一次查找都只需 L 步。

答案

B · O(L)，与存储了多少个单词无关
4.数据结构

答案: C · 让一个指针每次走一步，另一个每次走两步，检查它们是否相遇

为什么是这个答案

在 Floyd 算法中，如果有环，快指针最终会追上慢指针；否则快指针会到达 null。

答案

C · 让一个指针每次走一步，另一个每次走两步，检查它们是否相遇
5.图论

答案: H = 3

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。

计数

H = (4 − 1)!/2 = 6/2 = 3

答案

H = 3
6.图论

答案: B

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

1. A (0): B: 13, C: 9
2. C (9): E: 15
3. B (13): D: 17
4. E (15)
5. D (17): F: 22
6. F (22)

轮 3

B

答案

B

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