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。

新题目返回课程

在打印窗口中选择“另存为 PDF”,即可在设备上保存一份副本。

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

你对一个 n 个元素的数组排序一次,然后用二分查找回答 k 次成员查询。总代价是多少?

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

为什么在有序数组中任何基于比较的查找在最坏情况下都需要 Ω(log n) 次比较?

  1. A二分查找是唯一可能的算法,它需要 log₂ n 次比较
  2. B有 n 种可能结果的决策树,其深度至少为 log₂ n
  3. C每次比较都需要对数时间
  4. D每个元素都必须至少比较一次
3.数据结构中等

一个应用需要快速查找,还需要按有序顺序列出键并回答范围查询。哪种结构最合适?

  1. A无序链表
  2. B平衡二叉搜索树
  3. C哈希表
  4. D栈
4.数据结构困难

布隆过滤器(Bloom filter)回答"该元素是否在集合中?"时:

  1. A可能出现假阳性,但不会出现假阴性
  2. B只能回答数字的情况
  3. C总是给出精确答案
  4. D可能出现假阴性,但不会出现假阳性
5.图论中等
ABCDEF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| = 6|E| = 6
  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
7714976212ABCDEF

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(n log n + k log n)

为什么是这个答案

排序代价为 O(n log n),每次查询为 O(log n);当 k 很大时,这比 k 次线性扫描(O(nk))更好。

答案

C · O(n log n + k log n)
2.算法与复杂度

答案: B · 有 n 种可能结果的决策树,其深度至少为 log₂ n

为什么是这个答案

每次比较至多把剩余的可能性减半,因此要区分 n 个位置至少需要 log₂ n 次比较。

答案

B · 有 n 种可能结果的决策树,其深度至少为 log₂ n
3.数据结构

答案: B · 平衡二叉搜索树

为什么是这个答案

平衡 BST 提供 O(log n) 的查找并使键保持有序,因此中序遍历和范围查询都很容易;哈希表则把键打散存放。

答案

B · 平衡二叉搜索树
4.数据结构

答案: A · 可能出现假阳性,但不会出现假阴性

为什么是这个答案

如果某元素对应的任一位为 0,则它一定不存在;如果全部为 1,则它很可能存在。布隆过滤器以牺牲准确性换取极少的内存占用。

答案

A · 可能出现假阳性,但不会出现假阴性
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) = 1, deg(B) = 4, deg(C) = 1, deg(D) = 3, deg(E) = 2, deg(F) = 1

奇度顶点

A, C, D, F → 4
都不是

答案

都不是
6.图论

答案: d(F) = 21

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: 7, C: 7
B (7): D: 16, E: 19
C (7)
D (16): F: 22
E (19): F: 21
F (21)

最短路径

A → B → E → F
d(F) = 21

答案

d(F) = 21

ExamProblems · examproblems.com/courses/data-structures-and-algorithms