并行算法设计与分析考题与答案
1.算法设计与分析习题及答案
1.算法设计与分析习题及答案《计算机算法设计与分析》习题及答案2013 秋《计算机算法设计与分析》习题及答案一．选择题1、二分搜索算法是利用（ A ）实现的算法。
A、分治策略B、动态规划法C、贪心法D、回溯法2、下列不是动态规划算法基本步骤的是（ A ）。
A、找出最优解的性质B、构造最优解C、算出最优解D、定义最优解3、最大效益优先是（ A ）的一搜索方式。
A、分支界限法B、动态规划法C、贪心法D、回溯法4、在下列算法中有时找不到问题解的是（ B ）。
A、蒙特卡罗算法B、拉斯维加斯算法C、舍伍德算法D、数值概率算法5. 回溯法解旅行售货员问题时的解空间树是（ A ）。
A、子集树B、排列树C、深度优先生成树D、广度优先生成树6．下列算法中通常以自底向上的方式求解最优解的是（ B ）。
A、备忘录法B、动态规划法C、贪心法D、回溯法7、衡量一个算法好坏的标准是（ C ）。
A 运行速度快B 占用空间少C 时间复杂度低D 代码短8、以下不可以使用分治法求解的是（ D ）。
A 棋盘覆盖问题B 选择问题C 归并排序D 0/1背包问题9. 实现循环赛日程表利用的算法是（ A ）。
A、分治策略B、动态规划法C、贪心法D、回溯法10、下列随机算法中运行时有时候成功有时候失败的是（ C ）A 数值概率算法B 舍伍德算法C 拉斯维加斯算法D 蒙特卡罗算法11．下面不是分支界限法搜索方式的是（ D ）。
A、广度优先B、最小耗费优先C、最大效益优先D、深度优先12．下列算法中通常以深度优先方式系统搜索问题解的是（ D ）。
A、备忘录法B、动态规划法C、贪心法D、回溯法13.备忘录方法是那种算法的变形。
（ B ）A、分治法B、动态规划法C、贪心法D、回溯法14．哈夫曼编码的贪心算法所需的计算时间为（ B ）。
A、O（n2n）B、O（nlogn）C、O（2n）D、O（n）15．分支限界法解最大团问题时，活结点表的组织形式是（B ）。
算法设计与分析试卷及答案
算法设计与分析1、(1) 证明：O(f)+O(g)=O(f+g)（7分）(2) 求下列函数的渐近表达式：（6分）① 3n 2+10n;② 21+1/n;2、对于下列各组函数f(n)和g(n)，确定f(n)=O(g(n))或f(n)=Ω(g(n))或f(n)=θ(g(n))，并简述理由。
（15分）(1);5log )(;log )(2+==n n g n n f (2);)(;log )(2n n g n n f == (3);log )(;)(2n n g n n f == 3、试用分治法对数组A[n]实现快速排序。
（13分）4、试用动态规划算法实现最长公共子序列问题。
（15分）5、试用贪心算法求解汽车加油问题：已知一辆汽车加满油后可行驶n 公里，而旅途中有若干个加油站。
试设计一个有效算法，指出应在哪些加油站停靠加油，使加油次数最少。
（12分）6、试用动态规划算法实现下列问题：设A 和B 是两个字符串。
我们要用最少的字符操作，将字符串A 转换为字符串B ，这里所说的字符操作包括：(1)删除一个字符。
(2)插入一个字符。
(3)将一个字符改为另一个字符。
将字符串A 变换为字符串B 所用的最少字符操作数称为字符串A 到B 的编辑距离，记为d(A,B)。
试设计一个有效算法，对任给的两个字符串A 和B ，计算出它们的编辑距离d(A,B)。
（16分）⎣⎦2/)(;3)(i i g i i f ==。
对于给定的两个整数n 和m ，要求用最少的变换f 和g 变换次数将n 变为m 。
（16分）1、⑴证明：令F(n)=O(f),则存在自然数n 1、c 1，使得对任意的自然数n ≥n 1，有：F(n)≤c 1f(n)……………………………..（2分）同理可令G(n)=O(g),则存在自然数n 2、c 2，使得对任意的自然数n ≥n 2，有：G(n)≤c 2g(n)……………………………..（3分）令c 3=max{c 1,c 2},n 3=max{n 1,n 2},则对所有的n ≥n 3，有： F(n)≤c 1f(n)≤c 3f(n)G(n)≤c 2g(n)≤c 3g(n)……………………………..（5分） 故有：O(f)+O(g)=F(n)+G(n)≤c 3f(n)+c 3g(n)=c 3(f(n)+g(n)) 因此有：O(f)+O(g)=O(f+g)……………………………..（7分） ⑵ 解：① 因为;01033)103(lim 222=+-+∞→n n n n n n 由渐近表达式的定义易知： 3n 2是3n 2+10n 的渐近表达式。
并行计算-习题及答案-例题习题讲解
例题习题讲解例1 SIMD-SM上求最大值算法Beginfor k=m-1 to 0 dofor j=2k to 2k+1-1 par-doA[j]=max{A[2j], A[2j+1]}end forend forend时间分析t(n)=m×O(1)=O(logn)p(n)=n/2c(n)=O(nlogn) 非成本最优例2 令n=2k(k>=0)，求n个数和的并行算法算法运行时间：t(n)=O(logn)总运算量: W(n)=W(1)(n)+W(2)(n)+W(3)(n)=n+∑n/2h+1=O(n)由Brent定理知: t(n)=O(n/p+logn)例3 设A为矩阵，有如下串行程序段：f o r i=1t o n d of o r j=1t o n d oa[3i,2j]=a[3i-2,2j-1]e n df o re n df o r其相关方向向量为，可知行和列间同时存在数据相关。
在此我们可以试用行划分、列划分和方块划分.在行划分的情况下令m=┌n/p┐,例1的串行程序段可以转化为如下的并行程序段：f o r k=1t o P P a r-d of o r i1=1t o m d of o r j=1t o n d oa[3(k-1)m+3i1,2j]=a[3(k-1)m+3i1-2,2j-1]e n df o re n df o re n df o r例4 设A为一个n阶方阵，有如下串行程序段：f o r i=1t o n d of o r j=1t o n d oa[i,j]=a[i-1,j]e n df o re n df o r分析矩阵A的元素下标i和j，则i和j的相关方向向量为，各列之间数据无任何相关关系。
因此对矩阵A可按列划分。
串行程序段可转化为如下并行程序段：f o r k=1t o P P a r-d of o r j1=1t o m d of o r i=1t o n d oa[i,(k-1)m+j1]=a[i-1,(k-1)m+j1] e n d f o re n df o re n df o r例5注：本例无链路竞争和死锁现象例6 E立方选路0110(S)1101(D)1011(R)例7 DNS乘法示例C00=1×(-5)+2×7=9C01=1×(-6)+2×8=10C10=3×(-5)+4×7=13C11=3×(-6)+4×8=14例8 上三角方程组的回代解法并行化(1)SISD上的回代算法Begin(1)for i=n downto 1 do(1.1)x i=b i/a ii(1.2)for j=1 to i-1 dob j=b j-a ji x ia ji=0endforendforEnd(2)SIMD-CREW上的并行回代算法- 划分: p个处理器行循环带状划分- 算法Beginfor i=n downto 1 dox i=b i/a iifor all P j, where 1≤j≤p do for k=j to i-1 step p do b k=b k-a ki x ia ki=0endforendforendforEnd // p(n)=n, t(n)=n例9 n=8的BF网络表示P r,i与上层P r-1,i, P r-1,j相连, 这里j与i仅在第r位不同例10 一个在MPI中创建新通信域的例子M P I_C o m m M y W o r l d,S p l i t W o r l d;i n t m y_r a n k,g r o u p_s i z e,C o l o r,K e y;M P I_I n i t(&a r g c,&a r g v);M P I_C o m m_d u p(M P I_C O M M_W O R L D,&M y W o r l d);M P I_C o m m_r a n k(M y W o r l d,&m y_r a n k);M P I_C o m m_s i z e(M y W o r l d,&g r o u p_s i z e);C o l o r=m y_r a n k%3;K e y=m y_r a n k/3;M P I_C o m m_s p l i t(M y W o r l d,C o l o r,K e y,&S p l i t W o r l d);例11 考虑如下程序段：L1:f o r I=1t o50d o...S:X(2*I)=......T:...=...X(3*I+1)......e n df o r这里：f1(I)=2*I；g1(J)=3*J+1。
并行算法考试题
1、名词解释：（1）等分宽度：把网络划分为两个相等的部分（节点数之多差1），所需要去掉的网络边的条数。
（2）网络直径：网络中两个节点之间的最远的距离（3）并行运行时间：从第一台处理机开始执行任务开始，到最后一台处理机执行完任务所经历的时间。
（4）并行步：能够同时执行的操作数。
（5）加速比：同一任务在串行计算下的运行时间/并行计算下的运行时间。
2、介绍超立方体网络互连方式的性能指标解答：q维超立方体，等分宽度为2q-1，网络直径：q，网络接口数：q3、按照指令流和数据流，并行计算机可以分为哪些类型？各自适合什么样的并行计算？排名在前20的计算机都是什么类型的计算机？它们的区别是什么？解答：（1）SIMD：适合指令/操作级并行（2）MIMD：适合块、回路或子程序级的并行4、并行算法有哪些设计方法？（1）流水线技术（2）分而治之策略（3）平衡二叉树方法（4）倍增技术（5）加速级联策略5、举例说明平衡树方法的原理？参考：使用n/2台计算机，可以在⎡⎤nlog步完成运算。
26、Logp模型有哪些参数？BSP模型有哪些参数？这两个模型之间的关系是什么？（1） L ：源处理机与目标处理机之间进行消息通信所需要等待的延迟时间上限（2） o ：处理机用于发送或接收每个消息的时间开销（3） g ：连续发送/接收消息的时间间隙（4） P ：处理机个数BSP 模型：（1） P ：处理机数（2） g ：选路器吞吐率（3） L ：全局同步之间的时间间隔关系：（1） 本质上等效，可以相互模拟（2） 用BSP 模拟LOGP 所进行的计算时，通常会慢常数倍。
（3） 反之，慢对数倍7、 题目记不清了，只要知道两个公式就可以了，对于logp ：L+2o 对于logGp ：t α+t β8、 计算加速比和效率的题，具体记不清了，只要会使用公式就可以了。
9、 关于群集系统中QR 分解的题目。
将矩阵的行列都分成5等分，得到它的25个任务，按照贪婪算法的调度思想，画出子任务执行的并行步。
(完整版)算法设计与分析考试题及答案,推荐文档
____________________________________。 4.若序列 X={B,C,A,D,B,C,D}，Y={A,C,B,A,B,D,C,D}，请给出序列
X 和 Y 的一个最长公共子序列_____________________________。 5.用回溯法解问题时，应明确定义问题的解空间，问题的解空间至
和
之分。
5、 f(n)= 6×2n+n2，f(n)的渐进性态 f(n)= O(
)
6、 贪心算法总是做出在当前看来
的选择。也就是说贪心算法并不从整体最优考
虑，它所做出的选择只是在某种意义上的
。
7、 许多可以用贪心算法求解的问题一般具有 2 个重要的性质：
性质和
性质。
二、简答题（本题 25 分，每小题 5 分）
五、算法理解题（本题 5 分） 设有 n=2k 个运动员要进行循环赛，
现设计一个满足以下要求的比赛日程表：
①每个选手必须与其他 n-1 名选手比赛各一次； ②每个选手一天至多只能赛一次；
③循环赛要在最短时间内完成。
我去（人1）如也果 就n=2k有，循人环赛！最少为需要U进R行扼几天腕； 入站内信不存在向你偶同意调剖沙 （2）当 n=23=8 时，请画出循环赛日程表。
六、算法设计题（本题 15 分） 分别用贪心算法、动态规划法、回溯法设计 0-1 背包问题。要求：说明所使用的算法
策略；写出算法实现的主要步骤；分析算法的时间。 七、算法设计题（本题 10 分）
建议收藏下载本文，以便随时学习！ 通过键盘输入一个高精度的正整数 n(n 的有效位数≤240)，去掉其中任意 s 个数字后， 剩下的数字按原左右次序将组成一个新的正整数。编程对给定的 n 和 s，寻找一种方案， 使得剩下的数字组成的新数最小。 【样例输入】 178543 S=4 【样例输出】 13
并行算法设计与分析考题与答案
《并行算法设计与分析》考题与答案一、1.3，处理器PI的编号是：解：对于n ×n 网孔结构,令位于第j行，第k 列（0≤j，k≤n-1）的处理器为P i（0≤i≤n2-1）。
以16处理器网孔为例,n=4（假设j、k由0开始）：由p0=p(j,k)=p(0,0) P8=p(j,k)=p(2,0)P1=p(j,k)=p(0,1) P9=p(j,k)=p(2,1)P2=p(j,k)=p(0,2) P10=p(j,k)=p(2,2)P3=p(j,k)=p(0,3) P11=p(j,k)=p(2,3)P4=p(j,k)=p(1,0) P12=p(j,k)=p(3,0)P5=p(j,k)=p(1,1) P13=p(j,k)=p(3,1)P6=p(j,k)=p(1,2) P14=p(j,k)=p(3,2)P7=p(j,k)=p(1,3) P15=p(j,k)=p(3,3)同时观察i和j、k之间的关系，可以得出i的表达式为：i= j * n+k一、1.6矩阵相乘（心动算法） a)相乘过程 设A 矩阵=1212211221214321 B 矩阵=1234432121211212 【注】矩阵元素中A(i,l)表示自左向右移动的矩阵，B(l,j)表示自上向下移动的矩阵，黑色倾斜加粗标记表示已经计算出的矩阵元素,如12, C(i,j)= C(i,j)+ A(i,l)* B(l,j) 12、4、6、8、10计算完毕b)可以在10步后完成，移动矩阵长L=7，4*4矩阵N=4,所以需要L+N-1=10二、（2.1）a)示例n=8时算法的计算过程：b)证明上述算法的复杂度T(n)=O(LOG n)，W(n)=O(n)证明：ALGORITHM Prefix Sum T(n ) W (n) （1）if n=1 then ……O (1) W1(n )=O (1)(2) for ……O (1) W2 (n)= O (n/2)(3) Recursively ……T (n/2) W3 (n/2)(4) for ……O (1) W4 (n )=O (n) 则：T (n )={ O (1) n=1{ T(n/2)+O(1) , n>1W(n)= { O(1) , n=1{ W(n/2)+O(n) , n>1展开解得：T（n）=O (log n )W(n)= O(n)二（2.3）、a) lgnb)如果不是2的幂次，增加一个空分量构成2的幂次，它不会影响算法的复杂度。
算法设计与分析+习题参考答案
算法设计与分析+习题参考答案5..证明等式gcd(m,n)=gcd(n,m mod n)对每⼀对正整数m,n都成⽴.Hint:根据除法的定义不难证明:●如果d整除u和v, 那么d⼀定能整除u±v;●如果d整除u,那么d也能够整除u的任何整数倍ku.对于任意⼀对正整数m,n,若d能整除m和n,那么d⼀定能整除n和r=m mod n=m-qn；显然，若d能整除n和r，也⼀定能整除m=r+qn和n。
数对(m,n)和(n,r)具有相同的公约数的有限⾮空集，其中也包括了最⼤公约数。
故gcd(m,n)=gcd(n,r)6.对于第⼀个数⼩于第⼆个数的⼀对数字,欧⼏⾥得算法将会如何处理?该算法在处理这种输⼊的过程中,上述情况最多会发⽣⼏次?Hint:对于任何形如0<=m并且这种交换处理只发⽣⼀次.7.a.对于所有1≤m,n≤10的输⼊, Euclid算法最少要做⼏次除法?(1次)b. 对于所有1≤m,n≤10的输⼊, Euclid算法最多要做⼏次除法?(5次)gcd(5,8)习题1.21.(农夫过河)P—农夫W—狼G—⼭⽺C—⽩菜2.(过桥问题)1,2,5,10---分别代表4个⼈, f—⼿电筒4. 对于任意实系数a,b,c, 某个算法能求⽅程ax^2+bx+c=0的实根,写出上述算法的伪代码(可以假设sqrt(x)是求平⽅根的函数)算法Quadratic(a,b,c)//求⽅程ax^2+bx+c=0的实根的算法//输⼊:实系数a,b,c//输出:实根或者⽆解信息D←b*b-4*a*cIf D>0temp←2*ax1←(-b+sqrt(D))/tempx2←(-b-sqrt(D))/tempreturn x1,x2else if D=0 return –b/(2*a)else return “no real roots”else //a=0if b≠0 return –c/belse //a=b=0if c=0 return “no real numbers”else return “no real roots”5.描述将⼗进制整数表达为⼆进制整数的标准算法a.⽤⽂字描述b.⽤伪代码描述解答：a.将⼗进制整数转换为⼆进制整数的算法输⼊：⼀个正整数n输出：正整数n相应的⼆进制数第⼀步：⽤n除以2，余数赋给Ki(i=0,1,2...)，商赋给n第⼆步：如果n=0，则到第三步，否则重复第⼀步第三步：将Ki按照i从⾼到低的顺序输出b.伪代码算法DectoBin(n)//将⼗进制整数n转换为⼆进制整数的算法//输⼊：正整数n//输出：该正整数相应的⼆进制数，该数存放于数组Bin[1...n]中i=1while n!=0 do {Bin[i]=n%2;n=(int)n/2;i++;}while i!=0 do{print Bin[i];i--;}9.考虑下⾯这个算法,它求的是数组中⼤⼩相差最⼩的两个元素的差.(算法略) 对这个算法做尽可能多的改进.算法MinDistance(A[0..n-1])//输⼊:数组A[0..n-1]//输出:the smallest distance d between two of its elements习题1.31.考虑这样⼀个排序算法,该算法对于待排序的数组中的每⼀个元素,计算⽐它⼩的元素个数,然后利⽤这个信息,将各个元素放到有序数组的相应位置上去.a.应⽤该算法对列表‖60,35,81,98,14,47‖排序b.该算法稳定吗?c.该算法在位吗?解:a. 该算法对列表‖60,35,81,98,14,47‖排序的过程如下所⽰:b.该算法不稳定.⽐如对列表‖2,2*‖排序c.该算法不在位.额外空间for S and Count[]4.(古⽼的七桥问题)习题1.41.请分别描述⼀下应该如何实现下列对数组的操作,使得操作时间不依赖数组的长度. a.删除数组的第i 个元素(1<=i<=n)b.删除有序数组的第i 个元素(依然有序) hints:a. Replace the i th element with the last element and decrease the array size of 1b. Replace the ith element with a special symbol that cannot be a value of the array ’s element(e.g., 0 for an array of positive numbers ) to mark the i th position is empty. (―lazy deletion ‖)第2章习题2.17.对下列断⾔进⾏证明:(如果是错误的,请举例) a. 如果t(n )∈O(g(n),则g(n)∈Ω(t(n)) b.α>0时,Θ(αg(n))= Θ(g(n)) 解:a. 这个断⾔是正确的。
算法设计和分析试题(卷)与答案解析
湖南科技学院二○ 年 学期期末考试信息与计算科学专业 年级《算法设计与分析》 试题考试类型：开卷 试卷类型：C 卷 考试时量：120 分钟 一、填空题（每小题3 分，共计30 分）1. 用O 、Ω和θ表示函数f 与g 之间的关系______________________________。
()()log log f n n n g n n ==2. 算法的时间复杂性为1,1()8(3/7),2n f n f n n n =⎧=⎨+≥⎩，则算法的时间复杂性的阶为__________________________。
3. 快速排序算法的性能取决于______________________________。
4. 算法是_______________________________________________________。
5. 在对问题的解空间树进行搜索的方法中，一个活结点最多有一次机会成为活结点的是_________________________。
6. 在算法的三种情况下的复杂性中，可操作性最好且最有实际价值的是_____情况下的时间复杂性。
7. 大Ω符号用来描述增长率的下限，这个下限的阶越___________，结果就越有价值。
8. ____________________________是问题能用动态规划算法求解的前提。
9. 贪心选择性质是指________________________________________________________ ____________________________________________________________。
10. 回溯法在问题的解空间树中，按______________策略，从根结点出发搜索解空间树。
二、简答题（每小题10分，共计30分）1. 试述回溯法的基本思想及用回溯法解题的步骤。
2. 有8个作业{1,2,…,8}要在由2台机器M1和M2组成的流水线上完成加工。
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《并行算法设计与分析》考题与答案
一、1.3，处理器PI的编号是：
解：对于n ×n 网孔结构,令位于第j行，第k 列（0≤j，k≤n-1）的处理器为P i（0≤i≤n2-1）。
以16处理器网孔为例,n=4（假设j、k由0开始）：
由p0=p(j,k)=p(0,0) P8=p(j,k)=p(2,0)
P1=p(j,k)=p(0,1) P9=p(j,k)=p(2,1)
P2=p(j,k)=p(0,2) P10=p(j,k)=p(2,2)
P3=p(j,k)=p(0,3) P11=p(j,k)=p(2,3)
P4=p(j,k)=p(1,0) P12=p(j,k)=p(3,0)
P5=p(j,k)=p(1,1) P13=p(j,k)=p(3,1)
P6=p(j,k)=p(1,2) P14=p(j,k)=p(3,2)
P7=p(j,k)=p(1,3) P15=p(j,k)=p(3,3)
同时观察i和j、k之间的关系，可以得出i的表达式为：i= j * n+k
一、1.6矩阵相乘（心动算法） a)相乘过程 设
A 矩阵=
121221122121
4321 B 矩阵=1
23443212121121
2 【注】矩阵元素中A(i,l)表示自左向右移动的矩阵，B(l,j)表示自上向下移动的矩阵，黑色倾斜加粗标记表示已经计算出的矩阵元素,如12, C(i,j)= C(i,j)+ A(i,l)* B(l,j) 1
2、
4、
6、
8、
10
计算完毕
b)可以在10步后完成，移动矩阵长L=7，4*4矩阵N=4,所以需要L+N-1=10
二、（2.1）
a)示例n=8时算法的计算过程：
b)证明上述算法的复杂度T(n)=O(LOG n)，W(n)=O(n)
证明：ALGORITHM Prefix Sum T(n ) W (n) （1）if n=1 then ……O (1) W1(n )=O (1)
(2) for ……O (1) W2 (n)= O (n/2)
(3) Recursively ……T (n/2) W3 (n/2)
(4) for ……O (1) W4 (n )=O (n) 则：
T (n )={ O (1) n=1
{ T(n/2)+O(1) , n>1
W(n)= { O(1) , n=1
{ W(n/2)+O(n) , n>1
展开解得：
T（n）=O (log n )
W(n)= O(n)
二（2.3）、
a) lgn
b)如果不是2的幂次，增加一个空分量构成2的幂次，它不会影响算法的复杂度。
三、（3.3 b）
试构造一个16输入的双调排序网络：
假设输入16个数据为A1-A16,可以采用(1,1)归并、(2,2)归并、（4,4)归并，(8,8)归并构造(1,1)归并(2,2)归并(4,4)归并(8,8)归并
三（3.4）、判断下列序列是双调序列吗？为什么？如果是双调网络，他们形成的MIN和MAX 序列是什么？
（a）A=（-5,-9,-10,-5,2,7,35,37）
（b）B=（21，18，14，10，-6，-4，0，1，2，19，31，30，29，22，21，21）
解：）a)
A序列是双调序列，因为A序列在经过7次左循环后满足A1>A2>A3>A4<A5<A6<A7<A8
MIN=（-10,-9,-5,-5）
MAX=（37,35,7,2）
b)
B序列是双调序列，因为B序列在经过10次左循环后，满足
Max=( 31，30，29，22，21，21，21，19，18 )
Min=( -6，-4，0，1，2，3，10 ，14)。