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(K_n)| = n(n − 1)/2, |E(K_m,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
K_n 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

写出每个顶点的度数；所有度数之和等于边数的两倍。
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。
对于树，利用 n − 1 条边和握手引理。
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。
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：

A对数级
B线性
C指数级
D常数

2.算法与复杂度困难

Strassen 算法在矩阵乘法中对半尺寸的分块只做 7 次而不是 8 次递归乘法。它的运行时间是多少？

AΘ(n³)
BΘ(n^{log₂ 7})，约为 n^2.81
CΘ(n²)
DΘ(n² log n)

3.数据结构中等

把键 50、30、70、20、40 按此顺序插入一棵空的二叉搜索树。30 的左子节点是什么？

4.数据结构困难

对以邻接矩阵存储的、有 V 个顶点的图进行广度优先搜索，运行时间是多少？

AO(E log V)
BO(V)
CO(V + E)
DO(V²)

5.图论中等

完全图 K₅ 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。

K₅

H =

6.图论困难

用迪杰斯特拉算法求带权图中从 A 到 D 的最短路径的长度 d(D)。

起点：A终点：D

d(D) =

3溶液

1.算法与复杂度

答案: C · 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

C · 指数级

2.算法与复杂度

答案: B · Θ(n^{log₂ 7})，约为 n^2.81

为什么是这个答案

取 a = 7、b = 2，n^{log₂ 7} 压过 O(n²) 的加法工作量，结果约为 n^2.81。

答案

B · Θ(n^{log₂ 7})，约为 n^2.81

3.数据结构

答案: C · 20

为什么是这个答案

20 比 50 小，也比 30 小，因此成为 30 的左子节点；40 成为 30 的右子节点。

答案

C · 20

4.数据结构

答案: D · O(V²)

为什么是这个答案

V 个顶点中的每一个都要扫描一行 V 个元素，因此为 O(V²)；使用邻接表时 BFS 为 O(V + E)。

答案

D · O(V²)

5.图论

答案: H = 12

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；K_n 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 = (5 − 1)!/2 = 24/2 = 12

答案

H = 12

6.图论

答案: d(D) = 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: 15, C: 2

C (2): B: 9, E: 4

E (4): D: 14, F: 14

B (9)

D (14)

F (14)

最短路径

A → C → E → D

d(D) = 14

答案

d(D) = 14

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