ιακριτά Μαθηµατικά και Μαθηµατική Λογική ΠΛΗ20 Ε ρ γ α σ ί α 2η <Αλγόριθµοι, Θεωρία Γραφηµάτων>

Transcript

1 ιακριτά Μαθηµατικά και Μαθηµατική Λογική ΠΛΗ20 Ε ρ γ α σ ί α 2η <Αλγόριθµοι, Θεωρία Γραφηµάτων> Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εξοικείωση µε τις σηµαντικότερες µεθόδους και ιδέες της Θεωρίας Γραφηµάτων και µία επανάληψη των Αναδροµικών Αλγορίθµων. Η εργασία πρέπει να γραφεί ηλεκτρονικά και να σταλεί µε στον Σύµβουλο Καθηγητή σας το αργότερο µέχρι την ευτέρα 22 εκεµβρίου 2003, ώρα 13:00. Οδηγίες προς τους φοιτητές: 1. Μην αφαιρείτε ΚΑΜΙΑ σελίδα από την αρχική µορφή της εργασίας, ούτε την εισαγωγική. 2. Συµπληρώστε πρώτα τα στοιχεία σας στο ΕΝΤΥΠΟ Α της τελευταίας σελίδας. Π.χ. για να συµπληρώστε το όνοµα κάντε διπλό κλικ στο σκιασµένο µέρος <Όνοµα> (προσοχή, µην το σβήσετε). Στην φόρµα που θα εµφανιστεί, στη θέση του προεπιλεγµένου κειµένου, συµπληρώστε το όνοµά σας. Επαναλάβετε την ίδια διαδικασία για κάθε σκιασµένο µέρος. 3. Τα άλλα πεδία στην σελίδα 2 ενηµερώνονται αυτόµατα. 4. Σε κάθε ερώτηµα, αµέσως µετά την εκφώνηση, γράψτε τον τίτλο Απάντηση, σβήστε τη φράση και γράψτε την απάντησή σας. Μπορείτε να διαµορφώσετε το χώρο όπως επιθυµείτε, και δεν υπάρχει περιορισµός στο πόσο χώρο θα καταλάβει η απάντησή σας. 5. Αφήστε όπως είναι το πλαίσιο. Θα συµπληρωθεί κατά την αξιολόγηση.

2 ΕΛΤΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Το έντυπο αυτό που συµπληρώνεται και υπογράφεται από τον καθηγητή σύµβουλο για κάθε γραπτή εργασία, αποστέλλεται στο φοιτητή µαζί µε α) αντίγραφο της διορθωµένης εργασίας και β) ξεχωριστό φύλλο µε Σχόλια προς τον Φοιτητή. Αντίγραφο του ελτίου Αξιολόγησης και των Σχολίων στέλνεται και στο Ε.Α.Π. Επίσης, ο καθηγητής κρατά για το δικό του αρχείο: α) την διορθωµένη εργασία και β) το φύλλο µε τα Σχόλια. Σε περίπτωση που υπήρξε καθυστέρηση µεγαλύτερη των 7 ηµερών για την παράδοση της γραπτής εργασίας, επισυνάπτεται το γραπτό σηµείωµα του Συντονιστή της Θ.Ε. Ονοµατεπώνυµο Φοιτητή <Όνοµα> <Επώνυµο> Προσωπικός Αριθµός Φοιτητή <ΑΜ> Ηµεροµηνία Αποστολής της Εργασίας από το Φοιτητή Ηµεροµηνία Αποστολής Εργασίας στο Φοιτητή Βαθµολογία 0 Υπογραφή Καθηγητή Ονοµατεπώνυµο Καθηγητή Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Θεµατική Ενότητα ιακριτα Μαθηµατικα και Μαθηµατικη Λογική Κωδικός Θεµατικής Ενότητας ΠΛΗ 20 Άυξων Αριθµός Γραπτής Εργασίας 2η Ακαδηµαϊκό έτος

3 Κ Ρ Ι Τ Η Ρ Ι Α Α Ξ Ι Ο Λ Ο Γ Η Σ Η Σ Ερώτηµα Μέγιστος βαθµός Βαθµός Συνολικός Βαθµός: Γενικά Σχόλια: <γενικά σχόλια για την εργασία από το Σύµβουλο-Καθηγητή>

4 Ε ρ ω τ ή µ α τ α Ερώτηµα 1. (1) Να διατυπώστε αλγόριθµο που θα υπολογίζει το ν-οστό όρο της ακολουθίας a ν : ν = 1,2,3,..., όπου a 1 = 1, a 2 = 2 και a ν+1 = a ν-1 a ν, v 2. (2) Να εφαρµόσετε τον παρακάτω αναδροµικό αλγόριθµο στη λίστα S =[5, 2, 4, 9, 3, 10, 6, 9, 3, 7, 4, 2, 15, 11, 6]. (3) Τι κάνει αυτός ο αλγόριθµος; QUICK(S) begin 1. αν η S περιέχει το πολύ ένα στοιχείο, τύπωσε τα στοιχεία της S διαφορετικά begin 2. Πάρε το πρώτο στοιχείο (έστω a) της S. 3. Χώρισε τη λίστα S σε τρεις υπολίστες S 1, S 2 και S 3 που θα περιέχουν τα µικρότερα, ίσα, µεγαλύτερα στοιχεία του a, αντιστοίχως. 4. QUICK(S 1 ) 5. τύπωσε τα στοιχεία της S 2 6. QUICK(S3) end end <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 1

5 : / 10 Ερώτηµα 2. (1) ίδεται ένα απλό γράφηµα G µε n κορυφές. Το G έχει ένα κύκλo του Euler και το σύνολο των ακµών του είναι το µέγιστο δυνατό (µε κύκλο του Euler). Να υπολογιστεί το πλήθος των ακµών του (βλέπε ορισµό απλού γραφήµατος στο βιβλίο Γ. Βούρου σελ. 97). (2) Εστω ένα απλό µη-κατευθυνόµενο γράφηµα G µε n κορυφές για το οποίο ισχύει: «το άθροισµα των βαθµών κάθε ζεύγους κορυφών του είναι µεγαλύτερο του n-2». είξτε ότι το G είναι συνδεόµενο (συνεκτικό). Το αντίθετο ισχύει; (3) είξτε ότι σ ένα κατευθυνόµενο γράφηµα, το άθροισµα των εισερχοµένων βαθµών όλων των κορυφών ισούται µε το άθροισµα των εξερχοµένων βαθµών όλων των κορυφών : / 12 Ερώτηµα 3. Να υπολογιστεί το πλήθος των διαφορετικών κατά τις κορυφές απλών κύκλων στο γράφηµα K p (πλήρες και απλό µη-κατευθυνόµενο γράφηµα p κορυφών) αν ορίσουµε ότι: <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 2

6 ύο κύκλοι καλούνται διαφορετικοί κατά τις κορυφές αν έχουν διαφορετικό σύνολο κορυφών (δηλαδή, διαφέρουν σε τουλάχιστον µια κορυφή). Θεωρούµε ότι διαφορετικές διατάξεις πάνω στο ίδιο σύνολο κορυφών δίνουν ίδιους κύκλους (για παράδειγµα, ο κύκλος λαµβάνεται ίδιος µε τον κύκλο και διαφορετικός από τον κύκλο 1231). Για τον ορισµό του απλού κύκλου βλέπε το βιβλίο Γ. Βούρου σελ. 103). : / 12 Ερώτηµα 4. Εστω G=(V,E) ένα απλό µη-κατευθυνόµενο γράφηµα και e µιά ακµή του. Η e καλείται γέφυρα, αν δεν υπάρχει απλός κύκλος στο G που να την περιέχει (π.χ. στο παρακάτω γράφηµα οι ακµές x, y και z είναι γέφυρες). z x y <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 3

7 (1) είξτε ότι ένα γράφηµα G που όλες οι κορυφές του έχουν βαθµό 3 δεν µπορεί να έχει περιττό αριθµό κορυφών. (2) είξτε ότι ένα γράφηµα G που έχει µία γέφυρα και όλες οι κορυφές του έχουν βαθµό 3 δεν µπορεί να έχει άρτιο αριθµό κορυφών k, µε k 8. (3) Κατασκευάστε ένα γράφηµα µε τον ελάχιστο δυνατό αριθµό κορυφών που να έχει µία γέφυρα και όλες οι κορυφές του να έχουν βαθµό 3 (για την κατασκευή λάβετε υπόψη σας τα ερωτήµατα 1 και 2) : / 12 Ερώτηµα 5. (1) Βρείτε ένα γράφηµα που έχει ένα κύκλο του Euler και ένα κύκλο του Hamilton. (2) Βρείτε ένα γράφηµα που έχει ένα κύκλο του Euler αλλά δεν έχει κύκλο του Hamilton. (3) Βρείτε ένα γράφηµα που δεν έχει κύκλο του Euler αλλά έχει κύκλο του Hamilton. (4) Βρείτε ένα γράφηµα που δεν έχει ούτε κύκλο του Euler ούτε κύκλο του Hamilton. <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 4

8 : / 12 Ερώτηµα 6. Βρείτε µιά κυκλική τοποθέτηση εννέα a, εννέα b και εννέα c τέτοια ώστε καθεµιά από τις 27 λέξεις µήκους 3 από το αλφάβητο {a,b,c} να εµφανίζεται ακριβώς µία φορά. (Υπόδειξη: Κατασκεύαστε τον αντίστοιχο γράφο debruijn). : / 14 Ερώτηµα 7. (1) ίνεται το εξής Θεώρηµα: «Εστω G ένα απλό µη-κατευθυνόµενο γράφηµα n κορυφών. Αν το άθροισµα των βαθµών κάθε ζεύγους κορυφών στο G είναι µεγαλύτερο ή ίσο του n, τότε υπάρχει ένας κύκλος του Hamilton στο G». Το θεώρηµα εξασφαλίζει µιά ικανή αλλά όχι αναγκαία συνθήκη για την ύπαρξη κύκλου του Hamilton σ ένα γράφηµα. ηλαδή, υπάρχουν γραφήµατα µε n κορυφές που έχουν κύκλο του Hamilton, και το άθροισµα των βαθµών δύο κορυφών τους είναι µικρότερο του n. <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 5

9 Εφαρµόζοντας το παραπάνω θεώρηµα, βρείτε το ελάχιστο πλήθος των ξεχωριστών κύκλων του Hamilton που µπορούµε να δηµιουργήσουµε σ ένα πλήρες, απλό και µη-κατευθυνόµενο γράφηµα n κορυφών. ύο κύκλοι είναι ξεχωριστοί αν όλες οι ακµές τους είναι διαφορετικές. (2) Μιά παρέα 9 ατόµων τρώει καθηµερινά γύρω από ένα στρογγυλό τραπέζι. Σχεδιάζουν το γεύµα έτσι ώστε, οι γείτονες κάθε ατόµου (δεξιά και αριστερά του) να είναι διαφορετικοί σε κάθε γεύµα. Για πόσα γεύµατα θα γίνεται αυτό; : / 14 Ερώτηµα 8. ίδονται δύο απλά µη-κατευθυνόµενα γραφήµατα G 1 = (V 1, E 1 ) και G 2 = (V 2, E 2 ) (V 1, V 2 είναι τα σύνολα κορυφών και E 1, E 2 είναι τα σύνολα ακµών). Το γράφηµα G 1 [G 2 ] = (V,E) καλείται σύνθεση των G 1, G 2 και ορίζεται ως εξής (βλέπε παράδειγµα): (α) V = V 1 Χ V 2 = {(a i, b j ) : a i єv 1 και b j єv 2 }, και (β) Εστω c = (a i, b j ) και d = (a s, b t ) δύο κορυφές του V: υπάρχει η ακµή (c,d) єe [υπάρχει η ακµή (a i, a s ) єe 1 ] ή [a i =a s και υπάρχει η ακµή (b j, b t ) єe 2 ]. (1) είξτε ότι: G 1 [G 2 ] G 2 [G 1 ]. (2) Να υπολογίσετε τα p = V και q = E (µε βάση τα p 1 = V 1, q 1 = E 1, p 2 = V 2 και q 2 = E 2 ). <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 6

10 a 1 b 1 (a 1,b 1 ) (a 1,b 2 ) (a 1,b 3 ) b 2 a 2 b3 (a2,b1) (a2,b2) (a2,b3) G 1 G 2 G 1 [G 2 ] : / 14 <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 7

11 ΕΝΤΥΠΟ Α ΣΥΝΟ ΕΥΤΙΚΟ ΕΝΤΥΠΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΓΡΑΠΤΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ Το έντυπο αυτό το συµπληρώνετε και το στέλνετε µαζί µε τη γραπτή εργασία σας στον Καθηγητή Σύµβουλο. Θυµηθείτε ότι θα πρέπει να κρατήσετε φωτοτυπία της γραπτής εργασίας σας. < Συµπληρώστε τα στοιχεία σας µέσα στα σκιασµένα µέρη > Συµπληρώνεται από το φοιτητή(-τρια) Στοιχεία Φοιτητή (-τριας) Όνοµα: <Όνοµα> Επώνυµο: <Επώνυµο> Αριθµός Μητρώου Φοιτητή: <ΑΜ> ιεύθυνση Επικοινωνίας: Οδός / Αριθµός: Περιοχή: Πόλη: Ταχ. Κώδικας: Νοµός: Τηλέφωνο: Fax: ΣΧΟΛΗ Πληροφορικής ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ιακριτά Μαθηµατικά και Μαθηµατική Λογική (ΠΛΗ20) ΚΩ ΙΚΟΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΑΥΞΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2η Ακαδηµαϊκό έτος: Ηµεροµηνία Αποστολής: <Όνοµα> <Επώνυµο>, 2η εργασία, ΠΛΗ 20 [ ] 8