Lompat ke konten

T.11 · Komposisi lemah, invarian loop, dan pelacakan bagan alir

GRE · GRE Subject Test · GRE Mathematics · Topik 26

26

Cakupan dan prasyarat

Persiapan GRE tingkat sarjana. Tujuan lokal dalam cakupan ETS yang ditinjau; ini adalah pengajaran orisinal, bukan uji coba resmi atau prediktor skor.

Prasyarat: Koefisien binomial, komplemen, dan pelacakan penugasan.

  • Menghitung alokasi tak terbedakan dengan batasan nonnegatif atau positif
  • Melacak bagan alur secara berurutan dengan perilaku reset yang benar
  • Menggunakan invarian perulangan dan ukuran kemajuan untuk memjustifikasi algoritma

komposisi lemah: Alokasi tertata dari total ke bagian bilangan bulat nonnegatif.

invarian perulangan: Sifat yang dipertahankan sebelum dan setelah setiap iterasi perulangan.

Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
weak composition/wiːk ˌkɒmpəˈzɪʃn/ komposisi lemah
loop invariant/luːp ɪnˈveərɪənt/ invarian perulangan
26

Pilih dan justifikasikan metode

Banyaknya solusi bilangan bulat nonnegatif dari x₁+⋯+x_k=n adalah C(n+k−1,k−1), untuk n≥0 dan k≥1. Representasikan n bintang identik yang dipisahkan ke dalam k kotak bernama oleh k−1 garis pemisah; garis di antara dan di ujung mengizinkan entri nol. Kotak dapat dibedakan, objek tidak. Menghitung token berbeda akan menetapkan setiap token secara independen, menghasilkan k^n sebelum batasan lainnya. Tentukan model berdasarkan apa yang diwakili oleh objek dan penerima, bukan dari koefisien binomial yang terlihat familiar.

Untuk alokasi positif x_i≥1, tetapkan z_i=x_i−1; total tersisa adalah n−k, menghasilkan C(n−1,k−1) ketika n≥k. Batas bawah umum x_i≥a_i ditangani dengan mengurangi setiap a_i. Minimal satu nol adalah komplemen dari semua entri positif: kurangi C(n−1,k−1) dari total nonnegatif. Kasus tumpang tindih seperti tepat dua kotak kosong memerlukan penghitungan berbeda; mengurangi setiap kasus kotak kosong secara independen akan menghitung ganda irisan mereka.

Telusuri bagan alur satu pernyataan yang dieksekusi pada satu waktu, mencatat variabel dalam tabel. Bedakan penugasan dari uji kesamaan matematis; sisi kanan penugasan menggunakan nilai lama sebelum penggantian. Catat cabang mana yang dieksekusi selanjutnya dan variabel mana yang direset. Kandidat loop luar baru mungkin menj重置 jumlah dalam tanpa mereset kandidat itu sendiri. Untuk proses yang menambahkan 1,3,5,… ke S dari nol, setelah m penambahan S=m² dan penambah berikutnya adalah 2m+1.

Invarian perulangan benar sebelum dan setelah setiap iterasi. Invarian jumlah kuadrat berlaku awalnya pada m=0 dan dipertahankan karena m²+(2m+1)=(m+1)². Invarian saja tidak membuktikan terminasi. Untuk menguji apakah bilangan bulat N≥0 adalah kuadrat dengan menambah bilangan ganjil hingga S≥N, S tumbuh tanpa batas; ekuivalennya m meningkat dan harus mencapai batas seperti N. Pada keluaran, kesamaan berarti kuadrat dan kelebihan berarti bukan kuadrat. Nilai yang dicetak harus dicapai pada jalur eksekusi aktual; pola numerikal yang masuk akal saja bukan merupakan pelacakan.

26

Penalaran Bekerja

Bagikan 11 token identik di antara 4 kotak bernama. Alokasi nonnegatif berjumlah C(14,3)=364; alokasi semua-positif berjumlah C(10,3)=120. Oleh karena itu 244 alokasi memiliki setidaknya satu kotak kosong. Untuk uji jumlah ganjil dengan N=10, S berkembang 0,1,4,9,16; ia melewati dan menolak 10. Untuk N=9 ia keluar pada S=9 setelah tiga penambahan. Tambah berikutnya adalah 1,3,5,7,9; kolom jumlah dan tambah berikutnya tidak boleh tertukar.

Komposisi lemah, invarian perulangan, dan pelacakan bagan alur: contoh kursus
Ilustrasi kursus orisinal; nilainya milik contoh dikerjakan, bukan latihan selanjutnya.
26

Kondisi dan kontracontoh

Objek identik dan objek berbeda menggunakan model yang berbeda. Setidaknya satu kotak kosong tidak sama dengan tepat satu. Dalam flowchart, pertahankan urutan pembaruan dan reset hanya variabel yang memang direset oleh jalur eksekusi.

26

Aplikasi terbimbing

Hitung solusi nonnegatif dari $a+b+c=8$ dengan $a\ge2$. Berapa banyak yang juga memiliki $b,c\ge1$? Berapa banyak dari set pertama yang memiliki setidaknya salah satu b,c sama dengan nol?

Penyelesaian terarah

Tetapkan $u=a-2$. Kemudian $u+b+c=6$ memiliki $\binom82=28$ solusi nonnegatif. Memerlukan b,c positif dan mengurangi satu dari masing-masing memberikan total empat dalam tiga variabel nonnegatif, dihitung oleh $\binom62=15$. Jumlah komplemennya adalah $28-15=13$. Langsung b=0 memberikan tujuh, c=0 memberikan tujuh, dan keduanya nol dihitung dua kali, memberikan $7+7-1=13$.

26

Transfer mandiri

Telusuri algoritma ini untuk N=15 dan N=16: inisialisasi S=0, k=1; selama S<N, eksekusi S=S+k, kemudian k=k+2; laporkan apakah S=N. Nyatakan invarian, dan justifikasikan terminasi untuk bilangan bulat $N\ge0$.

Periksa setelah mencoba

Setelah m iterasi, $S=m^2$ dan $k=2m+1$. Pasangan pelacakan (S,k) adalah $(0,1),(1,3),(4,5),(9,7),(16,9)$. Dengan demikian 15 ditolak oleh kelebihan dan 16 diterima. Invarian berlaku awal dan dipertahankan karena $m^2+(2m+1)=(m+1)^2$. Jumlah tumbuh tanpa batas, sehingga akhirnya mencapai atau melebihi N; misalnya m=N cukup jika N positif. Untuk N=0, loop dilewati dan kesamaan berlaku. Invarian saja tidak akan menetapkan terminasi.

Pelajaran interaktif untuk topik ini

Kerjakan langkah demi langkah, dengan latihan pengecekan instan.

Topik lain dalam GRE · GRE Subject Test · GRE Mathematics

Masuk atau buat akun

IGCSE, A-Level & AP