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笔试复习题

一、 常用的排序算法的时间复杂度和空间复杂度

 

排序法

最差时间分析平均时间复杂度稳定度空间复杂度
冒泡排序O(n2)O(n2)稳定O(1)
快速排序O(n2)O(n*log2n)不稳定O(log2n)~O(n)
选择排序O(n2)O(n2)稳定O(1)
二叉树排序O(n2)O(n*log2n)不一顶O(n)

插入排序

O(n2)O(n2)稳定O(1)
堆排序O(n*log2n)O(n*log2n)不稳定O(1)
希尔排序OO不稳定O(1)

 
归并排序的最好、最坏和平均时间复杂度都是O(nlogn),而空间复杂度是O(n),比较次数介于(nlogn)/2和(nlogn)-n+1,赋值操作的次数是(2nlogn)。因此可以看出,归并排序算法比较占用内存,但却是效率高且稳定的排序算法。
归并排序算法再没有辅助空间借助的情况下时,时间复杂度是O(n2)。
 

二、 堆排序:

1.堆

  堆实际上是一棵完全二叉树,其任何一非叶节点满足性质:

  Key[i]<=key[2i+1]&&Key[i]<=key[2i+2]或者Key[i]>=Key[2i+1]&&key>=key[2i+2]

  即任何一非叶节点的关键字不大于或者不小于其左右孩子节点的关键字。

  堆分为大顶堆和小顶堆,满足Key[i]>=Key[2i+1]&&key>=key[2i+2]称为大顶堆,满足 Key[i]<=key[2i+1]&&Key[i]<=key[2i+2]称为小顶堆。由上述性质可知大顶堆的堆顶的关键字肯定是所有关键字中最大的,小顶堆的堆顶的关键字是所有关键字中最小的。

2.堆排序的思想

   利用大顶堆(小顶堆)堆顶记录的是最大关键字(最小关键字)这一特性,使得每次从无序中选择最大记录(最小记录)变得简单。

    其基本思想为(大顶堆):

    1)将初始待排序关键字序列(R1,R2....Rn)构建成大顶堆,此堆为初始的无序区;

    2)将堆顶元素R[1]与最后一个元素R[n]交换,此时得到新的无序区(R1,R2,......Rn-1)和新的有序区(Rn),且满足R[1,2...n-1]<=R[n]; 

    3)由于交换后新的堆顶R[1]可能违反堆的性质,因此需要对当前无序区(R1,R2,......Rn-1)调整为新堆,然后再次将R[1]与无序区最后一个元素交换,得到新的无序区(R1,R2....Rn-2)和新的有序区(Rn-1,Rn)。不断重复此过程直到有序区的元素个数为n-1,则整个排序过程完成。

    操作过程如下:

     1)初始化堆:将R[1..n]构造为堆;

     2)将当前无序区的堆顶元素R[1]同该区间的最后一个记录交换,然后将新的无序区调整为新的堆。

    因此对于堆排序,最重要的两个操作就是构造初始堆和调整堆,其实构造初始堆事实上也是调整堆的过程,只不过构造初始堆是对所有的非叶节点都进行调整。

    下面举例说明:

     给定一个整形数组a[]={16,7,3,20,17,8},对其进行堆排序。

    首先根据该数组元素构建一个完全二叉树,得到

 
 然后需要构造初始堆,则从最后一个非叶节点开始调整,调整过程如下:

20和16交换后导致16不满足堆的性质,因此需重新调整

这样就得到了初始堆。

即每次调整都是从父节点、左孩子节点、右孩子节点三者中选择最大者跟父节点进行交换(交换之后可能造成被交换的孩子节点不满足堆的性质,因此每次交换之后要重新对被交换的孩子节点进行调整)。有了初始堆之后就可以进行排序了。

此时3位于堆顶不满堆的性质,则需调整继续调整

 这样整个区间便已经有序了。
    从上述过程可知,堆排序其实也是一种选择排序,是一种树形选择排序。只不过直接选择排序中,为了从R[1...n]中选择最大记录,需比较n-1次,然后从R[1...n-2]中选择最大记录需比较n-2次。事实上这n-2次比较中有很多已经在前面的n-1次比较中已经做过,而树形选择排序恰好利用树形的特点保存了部分前面的比较结果,因此可以减少比较次数。对于n个关键字序列,最坏情况下每个节点需比较log2(n)次,因此其最坏情况下时间复杂度为nlogn。堆排序为不稳定排序,不适合记录较少的排序。
 
 
简单堆排序的例子:
以关键字序列{10,2,13,15,12,14}为例,用堆排序方法进行排序。写出每趟排序结束时,关键字序列的状态。(请按小跟堆进行排序)
首先依次输入关键字,建立堆,此时在数组的排列为
:2 10 13 15 12 14,
之后便开始每次取最小值放在堆尾,并跟新堆,每步结果依次为
:10 12 13 15 14 2
:12 14 13 15 10 2
:14 13 15 12 10 2
:14 15 13 12 10 2
:15 14 13 12 10 2
 

三、 unix系统中,哪些可以用于进程间的通信?

(1)管道(Pipe):管道可用于具有亲缘关系进程间的通信,允许一个进程和另一个与它有共同祖先的进程之间进行通信。
(2)命名管道(named pipe):命名管道克服了管道没有名字的限制,因此,除具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过命令mkfifo或系统调用mkfifo来创建。
(3)信号(Signal):信号是比较复杂的通信方式,用于通知接受进程有某种事件发生,除了用于进程间通信外,进程还可以发送信号给进程本身;linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外,还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction(实际上,该函数是基于BSD的,BSD为了实现可靠信号机制,又能够统一对外接口,用sigaction函数重新实现了signal函数)。
(4)消息(Message)队列:消息队列是消息的链接表,包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺
(5)共享内存:使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。
(6)内存映射(mapped memory):内存映射允许任何多个进程间通信,每一个使用该机制的进程通过把一个共享的文件映射到自己的进程地址空间来实现它。
(7)信号量(semaphore):主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
(8)套接口(Socket):更为一般的进程间通信机制,可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的,但现在一般可以移植到其它类Unix系统上:Linux和System V的变种都支持套接字。

四、HTTP状态码

 如果某项请求发送到您的服务器要求显示您网站上的某个网页(例如,用户通过浏览器访问您的网页或 Googlebot 抓取网页时),服务器将会返回 HTTP 状态代码以响应请求。

 此状态代码提供关于请求状态的信息, 告诉 Googlebot 关于您的网站和请求的网页的信息。

一些常见的状态代码包括:

  • 200 – 服务器成功返回网页
  • 404 – 请求的网页不存在
  • 503 – 服务器暂时不可用

下面提供 HTTP 状态代码的完整列表。 点击链接可了解详情。 您也可以访问有关 HTTP 状态代码的 W3C 网页以获得更多信息 。

1xx:请求收到,继续处理

2xx:操作成功收到,分析、接受
3xx:完成此请求必须进一步处理
4xx:请求包含一个错误语法或不能完成
5xx:服务器执行一个完全有效请求失败



1xx (临时响应) 
表示临时响应并需要请求者继续执行操作的状态代码。

代码 说明
100(继续)请求者应当继续提出请求。 服务器返回此代码表示已收到请求的第一部分,正在等待其余部分。
101(切换协议)请求者已要求服务器切换协议,服务器已确认并准备切换。

 

2xx (成功)

表示服务器成功处理了请求的状态代码。

代码 说明
200(成功)服务器已成功处理了请求。 通常,这表示服务器提供了请求的网页。 如果针对您的 robots.txt 文件显示此状态,则表示 Googlebot 已成功检索到该文件。
201(已创建)请求成功并且服务器创建了新的资源。
202(已接受)服务器已接受请求,但尚未处理。
203(非授权信息)服务器已成功处理了请求,但返回的信息可能来自另一来源。
204(无内容)服务器成功处理了请求,但没有返回任何内容。
205(重置内容)服务器成功处理了请求,但没有返回任何内容。 与 204 响应不同,此响应要求请求者重置文档视图(例如,清除表单内容以输入新内容)。
206(部分内容)服务器成功处理了部分 GET 请求。

  

3xx (重定向) 
要完成请求,需要进一步操作。 通常,这些状态代码用来重定向。 Google 建议您在每次请求中使用重定向不要超过 5 次。 您可以使用网站管理员工具查看一下 Googlebot 在抓取重定向网页时是否遇到问题。 诊断 下的网 络抓取 页面列出了由于重定向错误而导致 Googlebot 无法抓取的网址。 

代码 说明
300(多种选择)针对请求,服务器可执行多种操作。 服务器可根据请求者(用户代理)选择一项操作,或提供操作列表供请求者选择。
301(永久移动)请求的网页已永久移动到新位置。 服务器返回此响应(对 GET 或 HEAD 请求的响应)时,会自动将请求者转到新位置。 您应使用此代码告诉 Googlebot 某个网页或网站已永久移动到新位置。
302(暂时移动)服 务器目前从不同位置的网页响应请求,但请求者应继续使用原有位置来进行以后的请求。 此代码与响应 GET 或 HEAD 请求的 301 代码类似,会自动将请求者转到不同的位置,但您不应使用此代码来告诉 Googlebot 某个网页或网站已经移动,因为 Googlebot 会继续抓取原有位置并编入索引。
303(查看其他位置)请求者应当对不同的位置使用单独的 GET 请求来检索响应时,服务器返回此代码。 对于除 HEAD 之外的所有请求,服务器会自动转到其他位置。
304(未修改)自从上次请求后,请求的网页未修改过。服务器返回此响应时,不会返回网页内容。如果网页自请求者上次请求后再也没有更改 过,您应当将服务器配置为返回此响应(称为 If-Modified-Since HTTP 标头)。 由于服务器可以告诉 Googlebot 自从上次抓取后网页没有更改过,因此可节省带宽和开销

305(使用代理)请求者只能使用代理访问请求的网页。 如果服务器返回此响应,还表示请求者应使用代理。
307(暂时重定向)服 务器目前从不同位置的网页响应请求,但请求者应继续使用原有位置来进行以后的请求。 此代码与响应 GET 和 HEAD 请求的 301 代码类似,会自动将请求者转到不同的位置,但您不应使用此代码来告诉 Googlebot 某个页面或网站已经移动,因为 Googlebot 会继续抓取原有位置并编入索引。

  

4xx(请求错误) 
这些状态代码表示请求可能出错,妨碍了服务器的处理。 

代码 说明
400(错误请求)服务器不理解请求的语法。
401(未授权)请求要求身份验证。 对于需要登录的网页,服务器可能返回此响应。
403(禁止)服务器拒绝请求。 如果您看到 Googlebot 在尝试抓取您网站上的有效网页时收到此状态代码(可以在 Google 网站管理员工具诊 断 下的网络抓取 页面上看到此信息),可能是您的服务器或主机拒绝 Googlebot 访问。
404(未找到)服务器找不到请求的网页。 例如,如果请求服务器上不存在的网页,服务器通常会返回此代码。如果您的网站上没有 robots.txt 文件,而您在 Google 网站管理员工具”诊断”标签的 robots.txt 页 上看到此状态,那么这是正确的状态。 但是,如果您有 robots.txt 文件而又看到此状态,则说明您的 robots.txt 文件可能命名错误或位于错误的位置 (该文件应当位于顶级域名,名为 robots.txt)。

如果您看到有关 Googlebot 尝试抓取的网址的此状态(在”诊断”标签的 HTTP 错误页上),则表示 Googlebot 追踪的可能是另一个页面的无效链接(是旧链接或输入有误的链接)。

405(禁用的方法)禁用请求中指定的方法。
406(不可接受)无法使用请求的内容特性响应请求的网页。
407(需要代理授权)此状态代码与 401(未授权)类似,但指定请求者应当授权使用代理。 如果服务器返回此响应,还会指明请求者应当使用的代理。
408(请求超时)服务器等候请求时发生超时。
409(冲突)服务器在完成请求时发生冲突。 服务器必须在响应中包含有关冲突的信息。 服务器在响应与前一个请求相冲突的 PUT 请求时可能会返回此代码,同时会附上两个请求的差异列表。
410(已删除)如果请求的资源已永久删除,服务器就会返回此响应。 该代码与 404(未找到)代码相似,但在资源以前存在而现在不存在的情况下,有时会用来替代 404 代码。 如果资源已永久删除,您应当使用 301 指定资源的新位置。
411(需要有效长度)服务器不接受不含有效内容长度标头字段的请求。
412(未满足前提条件)服务器未满足请求者在请求中设置的其中一个前提条件。
413(请求实体过大)服务器无法处理请求,因为请求实体过大,超出服务器的处理能力。
414(请求的 URI 过长)请求的 URI(通常为网址)过长,服务器无法处理。
415(不支持的媒体类型)请求的格式不受请求页面的支持。
416(请求范围不符合要求)如果页面无法提供请求的范围,则服务器会返回此状态代码。
417(未满足期望要求)服务器未满足”期望”请求标头字段的要求。

 

5xx (服务器错误) 
这些状态代码表示服务器在尝试处理请求时发生内部错误。 这些错误可能是服务器本身的错误,而不是请求出错。

 代码 说明

500(服务器内部错误)服务器遇到错误,无法完成请求。
501(尚未实施)服务器不具备完成请求的功能。 例如,服务器无法识别请求方法时可能会返回此代码。
502(错误网关)服务器充当网关或代理,从上游服务器收到无效响应。
503(服务不可用)服务器目前无法使用(由于超载或停机维护)。 通常,这只是暂时状态。
504(网关超时)服务器充当网关或代理,但没有及时从上游服务器收到请求。
505(HTTP 版本不受支持)服务器不支持请求中所用的 HTTP 协议版本。

  

五、哈夫曼树和哈夫曼编码

在一般的数据结构的书中,树的那章后面,著者一般都会介绍一下哈夫曼(HUFFMAN)

树和哈夫曼编码。哈夫曼编码是哈夫曼树的一个应用。哈夫曼编码应用广泛,如

JPEG中就应用了哈夫曼编码。 首先介绍什么是哈夫曼树。哈夫曼树又称最优二叉树,

是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度,就是树中所有的叶结点

的权值乘上其到根结点的 路径长度(若根结点为0层,叶结点到根结点的路径长度

为叶结点的层数)。树的带权路径长度记为WPL= (W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln)

,N个权值Wi(i=1,2,...n)构成一棵有N个叶结点的二叉树,相应的叶结点的路径

长度为Li(i=1,2,...n)。可以证明哈夫曼树的WPL是最小的。

哈夫曼编码步骤:

一、对给定的n个权值{W1,W2,W3,...,Wi,...,Wn}构成n棵二叉树的初始集合F= {T1,T2,T3,...,Ti,...,Tn},其中每棵二叉树Ti中只有一个权值为Wi的根结点,它的左右子树均为空。(为方便在计算机上实现算 法,一般还要求以Ti的权值Wi的升序排列。)
二、在F中选取两棵根结点权值最小的树作为新构造的二叉树的左右子树,新二叉树的根结点的权值为其左右子树的根结点的权值之和。
三、从F中删除这两棵树,并把这棵新的二叉树同样以升序排列加入到集合F中。
四、重复二和三两步,直到集合F中只有一棵二叉树为止。

简易的理解就是,假如我有A,B,C,D,E五个字符,出现的频率(即权值)分别为5,4,3,2,1,那么我们第一步先取两个最小权值作为左右子树构造一个新树,即取1,2构成新树,其结点为1+2=3,如图:

12

虚线为新生成的结点,第二步再把新生成的权值为3的结点放到剩下的集合中,所以集合变成{5,4,3,3},再根据第二步,取最小的两个权值构成新树,如图:

13

再依次建立哈夫曼树,如下图:

14

其中各个权值替换对应的字符即为下图:

15

所以各字符对应的编码为:A->11,B->10,C->00,D->011,E->010

霍夫曼编码是一种无前缀编码。解码时不会混淆。其主要应用在数据压缩,加密解密等场合。

 

六、进程的状态与转换

进程在其生命周期内,由于系统中各进程之间的相互制约关系及系统的运行环境的变化,使得进程的状态也在不断地发生变化(一个进程会经历若干种不同状态)。通常进程有以下五种状态,前三种是进程的基本状态。

1) 运行状态:进程正在处理机上运行。在单处理机环境下,每一时刻最多只有一个进程处于运行状态。

2) 就绪状态:进程已处于准备运行的状态,即进程获得了除处理机之外的一切所需资源,一旦得到处理机即可运行。

3) 阻塞状态,又称等待状态:进程正在等待某一事件而暂停运行,如等待某资源为可用(不包括处理机)或等待输入/输出完成。即使处理机空闲,该进程也不能运行。

4) 创建状态:进程正在被创建,尚未转到就绪状态。创建进程通常需要多个步骤:首先申请一个空白的PCB,并向PCB中填写一些控制和管理进程的信息;然后由系统为该进程分配运行时所必需的资源;最后把该进程转入到就绪状态。

5) 结束状态:进程正从系统中消失,这可能是进程正常结束或其他原因中断退出运行。当进程需要结束运行时,系统首先必须置该进程为结束状态,然后再进一步处理资源释放和回收等工作。

注意区别就绪状态和等待状态:就绪状态是指进程仅缺少处理机,只要获得处理机资源就立即执行;而等待状态是指进程需要其他资源(除了处理机)或等待某一事件。之所以把处理机和其他资源划分开,是因为在分时系统的时间片轮转机制中,每个进程分到的时间片是若干毫秒。也就是说,进程得到处理机的时间很短且非常频繁,进程在运行过程中实际上是频繁地转换到就绪状态的;而其他资源(如外设)的使用和分配或者某一事件的发生(如I/O操作的完成)对应的时间相对来说很长,进程转换到等待状态的次数也相对较少。这样来看,就绪状态和等待状态是进程生命周期中两个完全不同的状态,很显然需要加以区分。

图2-1说明了五种进程状态的转换,而三种基本状态之间的转换如下:

图2-1  五种进程状态的转换

就绪状态 -> 运行状态:处于就绪状态的进程被调度后,获得处理机资源(分派处理机时间片),于是进程由就绪状态转换为运行状态。

运行状态 -> 就绪状态:处于运行状态的进程在时间片用完后,不得不让出处理机,从而进程由运行状态转换为就绪状态。此外,在可剥夺的操作系统中,当有更高优先级的进程就 、 绪时,调度程度将正执行的进程转换为就绪状态,让更高优先级的进程执行。

运行状态 -> 阻塞状态:当进程请求某一资源(如外设)的使用和分配或等待某一事件的发生(如I/O操作的完成)时,它就从运行状态转换为阻塞状态。进程以系统调用的形式请求操作系统提供服务,这是一种特殊的、由运行用户态程序调用操作系统内核过程的形式。

阻塞状态 -> 就绪状态:当进程等待的事件到来时,如I/O操作结束或中断结束时,中断处理程序必须把相应进程的状态由阻塞状态转换为就绪状态。

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