Algoritmuselmélet - Vizsga, 2013.05.30.
2013.06.06. vizsga megoldásai
1. Feladat
TODO
2. Feladat (Van megoldás)
Adja meg a 2-3 fa definícióját! Adjon felső becslést a fa szintszámára n tárolt elem esetén, állítását bizonyítsa is!
Adja meg a 2-3 fa definícióját!
- Elemeket csak a levelekben tárolunk.
- Az elemek balról jobbra növekvő sorrendben állnak.
- Minden belső csúcsnak 2, vagy 3 fia lehet, se több, se kevesebb. (Kivéve, ha csak 1 elemet tárolunk a fában, mert akkor a gyökérnek csak 1 fia van.)
- A fa levelei a gyökértől egyenlő távolságra vannak (vagyis a levelek 1 szinten vannak).
- A belső csúcsokban mutatókat (M) és 1, vagy 2 elemet (S) tárolunk.
- Ha a csúcsnak 2 fia van, akkor 2 mutatót, és egy elememet tárol. Fájl:2 3 2.png
- A bal részfában az elemek kisebbek, mint S1.
- A jobb részfában az elemek nagyobb-egyenlőek, mint S1 (vagyis az 1. elem S1).
- Ha a csúcsnak 3 fia van, akkor 3 mutatót, és 2 elemet tárol. Fájl:2 3 3.png
- A bal részfában az elemek kisebbek, mint S1.
- A középső részfában az elemek nagyobb-egyenlőek, mint S1 (vagyis az 1. elem S1), de kisebbek, mint S2.
- A jobb részfában az elemek nagyobb-egyenlőek, mint S2 (vagyis az 1. elem S2).
- Ha a csúcsnak 2 fia van, akkor 2 mutatót, és egy elememet tárol. Fájl:2 3 2.png
Adjon felső becslést a fa szintszámára n tárolt elem esetén, állítását bizonyítsa is!
Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle log_2n+1\leq m \leq log_3n+1} , ahol Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle m} a fa szintszáma.
Bizonyítás:
- Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle log_2n+1\leq m}
- Minden belső csúcsnak legalább 2 fia van, így az Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle i.} szinten legalább Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle 2^{i-1}} csúcs van, tehát: Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle 2^{m-1} \geq n \Rightarrow m-1 \geq log_2n \Rightarrow m \geq log_2n+1}
- Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle m\leq log_3n+1}
- Minden belső csúcsnak maximum 3 fia van, így az Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle i.} szinten maximum Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle 3^{i-1}} csúcs van, tehát: Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle 3^{m-1} \leq n \Rightarrow m-1 \leq log_3n \Rightarrow m \leq log_3n+1}
3. Feladat
TODO
4. Feladat
TODO
5. Feladat (Van megoldás)
Egy algoritmus lépésszámáról tudjuk, hogy Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle T(n) = T\left(\left \lfloor \frac{n}{4} \right \rfloor\right) + O(n^2)} és tudjuk azt is, hogy Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle T(1)=T(2)=T(3)=1} . Bizonyítsa be, hogy Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle T(n)=O(n^2)} .
Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle T(n) = T\left(\left \lfloor \frac{n}{4} \right \rfloor\right) + O(n^2) = T\left(\left \lfloor \frac{n}{16} \right \rfloor\right) + O\left(\frac{n^2}{4} \right) + O(n^2)=...=1 + O(n^2)*\left(\sum_{i=0}^{\left \lfloor log_4n \right \rfloor} \left (\frac{1}{4} \right )^i\right)}
Azt kell észrevennünk, hogy ez tulajdonképpen egy mértani sor, amire van képletünk:
Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \sum_{i=0}^{k} r^i = \frac{1-r^{k+1}} {1-r} }
ahol Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle k = \left \lfloor log_4n \right \rfloor, r = 0.25}
, vagyis Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \frac{1-0.25^{\left \lfloor log_4n \right \rfloor+1}} {1-0.25}}
Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle \lim_{n \to \infty}\frac{1-0.25^{\left \lfloor log_4n \right \rfloor+1}} {1-0.25} = \frac{1}{0.75}}
6. Feladat (Van megoldás)
Egy ország n kis szigetből áll. Szeretnénk néhány hajójáratot indítani a szigetek között úgy, hogy bárhonnan bárhova el lehessen jutni (esetleg átszállással). Ehhez ismerjük bármely két szigetre, hogy mennyibe kerül egy évben a hajójárat fenntartása közöttük, illetve azt, hogy mekkora az itt várható éves bevétel. Adjon algoritmust, ami ezen adatok ismeretében Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle O(n^2)} időben meghatározza, hogy hol indítsuk el a hajójáratokat, ha a lehető legnagyobb várható éves hasznot (vagy a lehető legkisebb veszteséget) szeretnénk elérni. (Egy szigeten egy hajóállomás van csak).
- Az élek súlya legyen a "Veszteség" = Fenntartás - Bevétel (Így a súly minél kisebb, annál nagyobb a Profitunk). Ezt Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle O(n^2)} időben el tudjuk végezni.
- Az így kapott G gráfra futtassunk egy Prim-algoritmust, ami Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle O(n^2)} időben keres nekünk egy minimális feszítőfát, ez legyen F. Ez azért jó, mert így bármelyik szigetről bármelyik szigetre eltudunk jutni a lehető legnagyobb profittal bíró útvonalakon.
- Mivel a cél a profitmaximalizálás, így minden olyan élt, aminek nem pozitív a súlya (tehát profitot termel, vagy legalábbis nincs rajta veszteségünk), felvesszük a F gráfhoz, ez legyen az M gráf. Ez is Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle O(n^2)} időt vesz igénybe.
- Az M gráfról elmondhatjuk, hogy bármelyik szigetről bármelyik szigetre el tudunk jutni, és a hajóhálózat a legnagyobb profittal rendelkezik.
- Tulajdonképpen Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle 3*O(n^2)} időt igényel az algoritmus, ami összességben még mindig Értelmezés sikertelen (SVG (a MathML egy böngészőkiegészítővel engedélyezhető): Érvénytelen válasz („Math extension cannot connect to Restbase.”) a(z) https://wikimedia.org/api/rest_v1/ szervertől:): {\displaystyle O(n^2)} , tehát az algoritmus jó.
7. Feladat
TODO
8. Feladat
TODO
