„Algoritmuselmélet - Vizsga, 2013.06.06.” változatai közötti eltérés

Arklur (vitalap | szerkesztései)
Új oldal, tartalma: „==2013.06.06. vizsga megoldásai== ===1. Feladat=== Ebben a feladatban a mélységi bejárással kapcsolatos kérdésekre kell válaszolni. * (a) Adja meg a keresztél …”
 
Nagy Marcell (vitalap | szerkesztései)
a autoedit v2: fájlhivatkozások egységesítése, az új közvetlenül az adott fájlra mutat
 
(82 közbenső módosítás, amit 8 másik szerkesztő végzett, nincs mutatva)
1. sor: 1. sor:
{{Vissza|Algoritmuselmélet}}
==2013.06.06. vizsga megoldásai==
==2013.06.06. vizsga megoldásai==
===1. Feladat===
===1. Feladat (Van megoldás) ===
Ebben a feladatban a mélységi bejárással kapcsolatos kérdésekre kell válaszolni.
Ebben a feladatban a mélységi bejárással kapcsolatos kérdésekre kell válaszolni.
* (a) Adja meg a keresztél definícióját!
* '''(a)''' Adja meg a keresztél definícióját!
* (b) A mélységi bejárás során hogyan lehet a mélységi és a befejezési számok alapján felismerni a keresztéleket?
* '''(b)''' A mélységi bejárás során hogyan lehet a mélységi és a befejezési számok alapján felismerni a keresztéleket? ''Vizsgán megjegyzést fűztek hozzá: irányított gráfokra kell gondolni.''
* (c) Bizonyítsa be, hogy irányítatlan gráf mélységi bejárásánál nincsenek keresztélek!
* '''(c)''' Bizonyítsa be, hogy irányítatlan gráf mélységi bejárásánál nincsenek keresztélek!
 
{{Rejtett
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
|szöveg=
'''(a)'''<br>
'''a)'''<br>
Tekintsük a G irányított gráf egy mélységi bejárását és a kapott T mélységi feszítő erdőt. Ezen bejárás szerint G egy x → y éle keresztél, ha x és y nem leszármazottjai egymásnak.
Tekintsük a G irányított gráf egy mélységi bejárását és a kapott T mélységi feszítő erdőt. Ezen bejárás szerint G egy x → y éle keresztél, ha x és y nem leszármazottjai egymásnak.


'''(b)'''<br>
'''b)'''<br>
msz - mélységi szám<br>
msz - mélységi szám<br>
bsz - befejezési szám<br>
bsz - befejezési szám<br>
Ha <math> (msz[y] < msz[x]) </math> és <math>(bsz[y] > 0) </math>, akkor az x →  y egy keresztél.<br>
Ha <math> (msz[y] < msz[x]) </math> és <math>(bsz[y] > 0) </math>, akkor az x →  y egy keresztél.<br>
[[Fájl:keresztel_1.png]]<br>
[[Media:Algel vizsga 2013tavasz Keresztel 1.png]]<br>
'''(c)'''<br>
'''c)'''<br>
A b) rész alapján könnyen belátható. Ha lenne keresztél, az azt jelentené, hogy van olyan x → y él, amire fennáll, hogy <math> (msz[y] < msz[x]) </math> és <math>(bsz[y] > 0) </math>, vagyis y-ban előbb jártunk, mint x-ben, és y-nak van befejezési száma. Ennél fogva nem lehet keresztél, hiszen ha lenne, akkor y-ból eljuthattunk volna még x-be, mielőtt befejeztük volna.
A '''b)''' rész alapján könnyen belátható. Ha lenne keresztél, az azt jelentené, hogy van olyan x → y él, amire fennáll, hogy <math> (msz[y] < msz[x]) </math> és <math>(bsz[y] > 0) </math>, vagyis y-ban előbb jártunk, mint x-ben, és y-nak van befejezési száma. Ennél fogva nem lehet keresztél, hiszen ha lenne, akkor y-ból eljuthattunk volna még x-be, mielőtt befejeztük volna.<br>
Másképpen mondva: Nem fejezhettük volna be y-t anélkül, hogy ne jártunk volna x-ben.<br>
'''Másképpen mondva:''' Nem fejezhettük volna be y-t anélkül, hogy ne jártunk volna x-ben.<br>
[[Fájl:keresztel_2.PNG]]<br>
[[Media:Algel vizsga 2013tavasz Keresztel 2.PNG]]<br>
}}
 
===2. Feladat (Van megoldás)===
Milyen műveletek vannak a nyitott címzésű hash-elésnél? Hogyan kell megvalósítani a keresést, ha a nyitott címzésű hashelésnél kvadratikus maradék próbát használunk?
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Kiegészítések a feladat megértéséhez'''</big>
|szöveg=
 
'''Mi az a nyitott címzésű hash-elés?'''<br><br>
lásd: [[Hash_tömb]] <br><br>
 
'''Mi az a kvadratikus maradék próba, nyitott címzésű hash-elésnél?'''<br><br>
todo <br><br>
}}
'''Nyitott címzésű hash-elés műveletei:'''<br><br>
Új elem beszúrása, elem keresése, elem törlése.<br>
A törlés speciális jelzéssel történik.<br><br>
 
'''Keresés megvalósítása nyitott címzésű hash-elés esetén kvadratikus maradék próbánál:'''<br><br>
A kvadratikus maradék próba egy álvéletlen próba, ezért másodlagos csomósodáshoz vezethet.<br>
Legyen M egy 4k + 3 alakú prímszám, ahol k egy pozitív egész.<br>
Ekkor a próbasorozat legyen<br>
<math> 0,1^2,(-1)^2, 2^2,(-2)^2,..,\left ( \frac{M-1}{2} \right )^{2}, -\left ( \frac{M-1}{2} \right )^{2} </math>
 
}}
}}
===2. Feladat===
 
TODO
===3. Feladat (Van megoldás)===
===3. Feladat===
Adja meg az UNIÓ-HOLVAN adatszerkezet definícióját! (A fákkal való implementálást nem kell leírnia.) Mutassa meg, hogy mikor és hogyan használjuk az UNIÓ és a HOLVAN műveleteket a Kruskal algoritmusban!
TODO
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Kiegészítések a feladat megértéséhez'''</big>
|szöveg=
 
'''Mi az a Kruskal algoritmus?'''<br>
A Kruskal algoritmust minimális költségű feszítőfák meghatározására használjuk. A piros-kék algoritmus egyik implementációja. <br>
Lényege, hogy a gráf éleit súlyuk szerint nem csökkenő sorrendbe állítja, majd sorban megpróbálja kékre színezni őket. <br>
Ennek az a feltétele, hogy az újonnan kékre színezendő él beszínezése után se legyen kör a kékre színezett élek által alkotott gráfban. <br>
Ha ez mégis kört eredményezne, úgy az él nem kék, hanem piros lesz.<br>
A kékre színezett élek egy minimális összsúlyú feszítőfát adnak.<br><br>
}}
'''UNIÓ-HOLVAN adatszerkezet definíciója: '''<br><br>
Adott egy véges S halmaz, amelynek egy felosztását (partícióját) akarjuk tárolni. <br>
2 műveletünk van:<br>
 
UNIÓ(U, V halmazok, amelyek S részhalmazai): S-ből kivesszük az U-t és a V-t, majd hozzáadjuk (unió) U és V unióját. <br><br>
 
HOLVAN(v pont, v benne van S-ben): Azt az U halmazt adja meg, amelynek v eleme.<br><br>
 
'''Mikor és hogyan használjuk az UNIÓ és a HOLVAN műveleteket a Kruskal algoritmusban:'''<br>
A Kruskal algoritmus lelke az UNIÓ-HOLVAN adatszerkezet. <br>
Kezdetben a gráf minden pontja másik <math>U_i</math> részhalmazban van, tehát minden <math>U_i</math> egy pontot tartalmaz.<br>
Az algoritmus elindul a legkisebb súlyú éleken. <br>
Az élek két végpontjára (v és w) megvizsgálja, hogy HOLVAN(v) egyenlő-e HOLVAN(w)-vel. <br>
Ha igen, akkor egy részhalmazban vannak, kört okoznának => piros él lesz.<br>
Ha nem áll fenn az egyenlőség, akkor a (v,w) kék lesz, a két részhalmazt pedig nyugodtan egyesíthetjük (hozzávehetjük az új élet a kék gráfhoz):<br>
UNIÓ(<math>U_v</math>,<math>U_w</math>).
 
}}
 
===4. Feladat===
===4. Feladat===
TODO
Pista bácsi fel akar ugrálni egy n hosszú, fekete illetve fehér fokokból álló csigalépcsőn. Legfeljebb k fokot tud ugrani, de arra vigyáznia kell, hogy páros (>=2) sok foknyi ugrás után páratlan sokat és páratlan sok után mindig páros (>=2) sokat ugorjon. Adjon O(nk) lépésszámú algoritmust, amely megmondja, hogy fel tud-e úgy ugrálni a csigalépcső tetejére, hogy csak egyféle színű lépcsőfokot használ. (A lépcső fokai rendszertelenül vannak színezve, a színezést ismerjük.)
===5. Feladat===
''Vizsgán megjegyzést fűztek hozzá: a talaj és a legteteje nem színes, csak a lépcsők; csak fölfele (előrefele) ugrál, visszafele nem. ''
TODO
 
===6. Feladat===
{{Rejtett
TODO
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
===7. Feladat===
|szöveg=
TODO
 
todo
 
<br><br>
 
}}
 
===5. Feladat (Van megoldás)===
A hátizsák probléma órán tanult algoritmusát futtattuk egy konkrét inputon, melyben 3 tárgy szerepel. Mi lehetett ez a konkrét input, ha az alábbi táblázat keletkezett?
 
{| class="wikitable" border="5"
|-
!
! 0
! 1
! 2
! 3
! 4
! 5
! 6
! 7
|-
| 1
| 0
| 0
| 0
| 0
| 10
| 10
| 10
| 10
|-
| 2
| 0
| 0
| 5
| 5
| 10
| 10
| 15
| 15
|-
| 3
| 0
| 0
| 5
| 5
| 13
| 13
| 18
| 18
|}
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
 
Az egyszerűség kedvéért a súly legyen kg, az érték pedig €.
 
#Az első sor alapján az 1-es csomag értéke €10, súlya 4kg.
#A második sor alapján a 2-es csomag értéke €5, súlya 2kg.
#A 3. lépésben 2 lehetőségünk van, a 3. csomag értéke vagy 13-5=€8, vagy 13-0=€13.
##€8 nem lehet, mert akkor a súlya 2kg lenne, de akkor a [2,3] cellába 8 lenne, nem 5.
##Így csak a €13 jöhet szóba, súlya pedig 4kg, ami jó megoldás lesz.
 
{{Rejtett
|mutatott=''Avagy kicsit gépiesebb megoldás:''
|szöveg=
<br>
Jelölje <math> T[s,cs]</math> a táblázat <math>[s,cs]</math> celláját, továbbá <math> V_3</math> a 3. csomag értékét, <math> S_3</math> pedig a súlyát.<br><br>
Tudjuk, hogy <math> T[s,cs]=max\left \{ T[s,cs-1];V_i+T[s-S_i,cs-1] \right \}</math>, ami ebben az esetben:<br><br>
<math> T[4,3]=max\left \{ T[4,2];V_3+T[4-S_3,2] \right \} \rightarrow  13=max\left \{ 10;V_3+T[4-S_3,2] \right \}</math>, amiből következik, hogy:<br><br>
<math> 13=V_3+T[4-S_3,2] \rightarrow V_3 = 13-T[4-S_3,2]\Rightarrow\Rightarrow S_3=4, V_3=13</math> (Átgondolható, hogy a 3. csomag súlya nem lehet 1,2 vagy 3kg).
}}
Tehát végeredményben a megoldás:
*1-es csomag (€10, 4kg)
*2-es csomag (€5, 2kg)
*3-as csomag (€13, 4kg)
 
}}
 
===6. Feladat (Van megoldás)===
Egy irányítatlan, élsúlyozott gráf az alábbi éllistával adott (zárójelben az élsúlyok):
 
<math>A:B(1), D(3), E(2); B:A(1), C(3), D(y); D:A(3), C(y), E(x); E:A(2), B(1), D(x).</math>
* '''(a)''' Mi lehet x és y értéke, ha tudjuk, hogy az élsúlyok egész számok, és azt is tudjuk, hogy a B csúcsból indított Prim algoritmus az alábbi sorrendben vette be az értékeket: BE, ED, BA, BC. ''Vizsgán megjegyzést fűztek hozzá: az élsúlyok pozitív egész számok, a pozitív szót kifelejtették véletlenül.''
* '''(b)''' Mely éleket és milyen sorrendben választja ki a Kruskal algoritmus? (Ha több megoldás is van, akkor az összeset adja meg!)
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
[[Media:Algel vizsga 2013tavasz V2 6.png]]
 
'''a)''' Prim algoritmus - Ugyebár úgy dolgozik, hogy az aktuális fához a vele szomszédos élek közül a legkisebb súlyút veszi be. Prim: BE → ED → BA → BC
# A fához hozzáadjuk a BE élt.
# Most az ED élt választottuk. Ez alapján x értéke csak 1 lehet, így <math>x = 1</math>. (Feladatból kihagyták, hogy pozitív egészekről van szó, amúgy <math>x \le 1</math> lehetne.)
# Most az AB élt adjuk hozzá, ez alapján <math>y \ge 1</math>.
# Most a BC élt adjuk hozzá, ez alapján <math>y \ge 3</math>, így végül <math>y \ge 3</math>.
 
$$$ Észrevétel/kérdés $$$
 
Nem vagyok nagy algel tudós, de miért ne lehetne y>=1? Tudomásom szerint, a Prim az mindig a legkisebb olyan élt veszi be ami olyan csúcsba visz ami eddig nem volt a halmazba. Ha pedig nincs igazam, akkor meg y>=2 mivel (AE) súlya 2 és akkor azt kellene, (ha csak a sulyok szerint növekvőt nézzük).
 
$$$$$$
 
'''b)''' Kruskal algoritmus - Éleket nagyság szerint sorrendbe rakjuk, és növekvő sorrendben felvesszük a fához az éleket, vigyázva, hogy ne csináljunk kört.
 
1 súlyú - AB, BE, ED
 
2 súlyú - AE
 
3 súlyú - BC, AD, EC (és DC, ha <math>y = 3</math>)
 
Az összes megoldás:
 
#Az 1 súlyú éleket <math>3! = 6</math> féleképpen veheti fel az algoritmus (nem lehet belőlük kört csinálni, így itt nincsen para).
#Utána megpróbálná felvenni az AE élt, de azzal egy kört kapna, így nem veszi fel. Az AD éllel szintén így járna (~ezeket kéne pirosra színezni, ha olyan lenne a feladat).
#Maradtak a BC, EC és DC oldalak.
##Ha <math>y = 3</math>, akkor ezeket szintén 6 féleképpen veheti fel, tehát összesen 36 féleképpen futhat az algoritmus.
##Ha <math>y \ge 3</math>, akkor a DC oldal kiesik, a maradék 2 élt 2 féleképpen veheti fel, így 12 féleképpen futhat az algoritmus.}}
 
===7. Feladat (Van megoldás)===  
Létezik-e olyan X eldöntési probléma, amire X<big>∉</big>NP és X<big>≺</big>SAT egyszerre fennáll?
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
 
*'''Tétel:''' Ha X ≺ Y és Y ∈ NP,akkor X ∈ NP
*'''Tétel:''' A SAT probléma NP teljes, tehát része NP-nek.
*A fentiek alapján, mivel X<big>∉</big>NP, a kérdéses X probléma nem létezhet.
 
}}
 
===8. Feladat===
===8. Feladat===
TODO
P-ben van vagy NP-teljes az alábbi eldöntési probléma:<br>
*'''Input:''' irányítatlan G gráf<br>
*'''Kérdés:''' Igaz-e, hogy G-ben vagy van Hamilton-út vagy G 3 színnel színezhető?<br>
 
{{Rejtett
|mutatott=<big>'''Megoldás'''</big>
|szöveg=
Legyen az eldöntési probléma neve A<br>
G ∈ A akkor, ha G∈3SZÍN vagy G∈H<br>
Adjunk 3SZÍN < A  Karp redukciót, ekkor mivel a 3SZÍN probléma NP-teljes az A is NP-teljes lesz.<br><br>
 
G' legyen az a gráf, amelyet úgy kapunk, hogy G-t kiegészítünk egy 3 csúcsból álló körrel. Mivel G'-ben biztosan nincs Hamilton-út ( Nem összefüggő ), ezért G' ∈ A akkor és csakis akkor, ha G ∈ 3SZÍN
}}
 
[[Kategória:Infoalap]]