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

当问题具有以下特征时，动态规划（dynamic programming）很有用：

  1. A重叠子问题和最优子结构
  2. B只有随机输入
  3. C只有一个循环
  4. D完全没有子问题，因此一步就能解决
2.算法与复杂度困难

要证明一个判定问题 X 是 NP 完全的，必须证明哪两点？

  1. AX 没有多项式算法，并且 X 是可判定的
  2. BX 能归约到 P 中的某个问题，并且 X 属于 NP
  3. CX 属于 NP，并且某个已知的 NP 完全问题能在多项式时间内归约到 X
  4. DX 属于 P，并且 X 能归约到 SAT
3.数据结构中等

一棵二叉树的根为 1，左子节点为 2，右子节点为 3；节点 2 的子节点为 4（左）和 5（右）。前序遍历的结果是什么？

  1. A4 5 2 3 1
  2. B4 2 5 1 3
  3. C1 2 3 4 5
  4. D1 2 4 5 3
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可能出现假阳性，但不会出现假阴性
  3. C可能出现假阴性，但不会出现假阳性
  4. D总是给出精确答案
5.图论中等

一个连通图有 13 个顶点和 16 条边。必须去掉多少条边 k 才能剩下一棵生成树？

|V| = 13|E| = 16
k =
6.图论困难
1171251332ABCDE

普里姆算法从顶点 B 出发构造最小生成树。点选它加入的第 3 条边。

起点：Bk = 3
  1. 1边 AB
  2. 2边 AC
  3. 3边 BC
  4. 4边 BD
  5. 5边 CE
  6. 6边 DE
  7. 7边 BE

3溶液

1.算法与复杂度

答案: A · 重叠子问题和最优子结构

为什么是这个答案

存储重叠子问题的结果（记忆化或制表）可以避免重复计算，把指数时间算法变成多项式时间算法。

答案

A · 重叠子问题和最优子结构
2.算法与复杂度

答案: C · X 属于 NP，并且某个已知的 NP 完全问题能在多项式时间内归约到 X

为什么是这个答案

属于 NP 说明 X 不比 NP 更难；从已知 NP 完全问题出发的归约说明 X 至少和整个 NP 一样难。

答案

C · X 属于 NP，并且某个已知的 NP 完全问题能在多项式时间内归约到 X
3.数据结构

答案: D · 1 2 4 5 3

为什么是这个答案

前序遍历先访问 1，然后是其左子树（2、4、5），最后是 3；其他选项分别是中序、后序和层序遍历。

答案

D · 1 2 4 5 3
4.数据结构

答案: B · 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

B · 可能出现假阳性，但不会出现假阴性
5.图论

答案: k = 4

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。

生成树的边数

13 − 1 = 12

要去掉的边数

k = 16 − 12 = 4

答案

k = 4
6.图论

答案: 边 DE

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。

普里姆算法

1. AB (1)
2. BE (2)
3. DE (3)
4. BC (12)

边的序号 3

DE

答案

边 DE

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