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,但仅当 n 小于 100 时
  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,因为 Big O 是上界,而 n² 的增长不比 n³ 快
2.算法与复杂度困难

关于 P 和 NP,下列哪个说法是正确的?

  1. ANP 表示“not polynomial”(非多项式)
  2. BNP 问题无法被快速验证
  3. C已经证明 P ≠ NP
  4. DP 中的每个问题也都属于 NP
3.数据结构中等

你持有一个位于链表中间的节点的引用。在哪种链表中可以在 O(1) 内删除它?

  1. A有序数组
  2. B动态数组
  3. C双向链表
  4. D单链表
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只能回答数字的情况
  2. B可能出现假阴性,但不会出现假阳性
  3. C可能出现假阳性,但不会出现假阴性
  4. D总是给出精确答案
5.图论中等
ABCDE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| = 5|E| = 5
  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
4172013379191214ABCDEFG

求带权图的最小生成树的总权重 W。

|V| = 7|E| = 10
W =

3溶液

1.算法与复杂度

答案: D · 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

D · 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 · P 中的每个问题也都属于 NP

为什么是这个答案

P ⊆ NP:如果你能快速解决一个问题,你就能快速验证一个解。P 是否等于 NP 仍是一个未解决的问题。

答案

D · P 中的每个问题也都属于 NP
3.数据结构

答案: C · 双向链表

为什么是这个答案

双向链表的节点知道其前驱,因此可以直接重新连接 prev 和 next;单链表必须查找前驱。

答案

C · 双向链表
4.数据结构

答案: C · 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

C · 可能出现假阳性,但不会出现假阴性
5.图论

答案: 欧拉回路

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) = 2, deg(C) = 2, deg(D) = 2, deg(E) = 2

奇度顶点

0
欧拉回路

答案

欧拉回路
6.图论

答案: W = 56

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。

克鲁斯卡尔算法

DE (3): 取
AC (4): 取
DF (7): 取
EF (9): 跳过,会形成圈
GD (12): 取
CE (13): 取
GE (14): 跳过,会形成圈
BC (17): 取

总权重

W = 3 + 4 + 7 + 12 + 13 + 17 = 56

答案

W = 56

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