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M482 Exam  #1-­KEY  

Thursday,  June  7,  2012  

 

Name_____________________  

 

 

 

 

1_____   20  max  

2_____   20  max  

3_____   20  max  

4_____   20  max  

5_____   20  max  

 

∑  _____   100  max  possible  

 

 

 

 

 2  

1. Check each box that is true. One point for each correctly checked-or unchecked- box. One point for each correct mark, or lack of a mark. 20 points max.

f n( ), g n( )

f n( ) = Ω g n( )( )

f n( ) = Ο(g(n)) ________________________________________________

lglg n n, n ☒ 

n!, 2πn ⋅ n e ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ n +1

 ☒

1 + 1

lgn ⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

lg n

, 1 ☒ ☒

e1.14471n, πn  ☒

Fn, 1.6181 n  ☒

where

Fn is the

nth Fibonacci number

lgn, ln n( ) ☒ ☒

lgn⎣ ⎦!, lgn⎡ ⎤!  ☒

lg 1⋅ 3⋅ 5⋅ 7⋅ ... ⋅ 2n + 1( )( ), lg 2n( )!( )☒ ☒

n ⋅ Hn, lg n!( ) ☒ ☒ where

Hn is the

nth Harmonic number

kk

k! ekk=1

n

∑ , Hn  ☒

  3  

2. In each of the following five problems below, the running times of two algorithms are described by recurrences as given. The solutions to the recurrences are given. If the Master Method (MM) is relevant to a given recurrence, specify which case applies. If the MM does not apply, write N/A next to the recurrence. Finally, identify which algorithm runs faster (in each pair). If equal, then write, “equal.” One point for each correct identification of method, and two points for identifying the fastest one-or for writing “equal,” if they have the same asymptotic speed. Max 4 points per problem, 20 points max.

  I  

T1 n( ) = 6T1 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + n lg 5 =

MM 1 Θ n lg 6( )  

T2 n( ) = 152T2 n 7 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + n log 7 152 =

MM 2 Θ n log7 152 lgn( )   FASTER  

II  

T3 n( ) = 3T3 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + n2 lgn =

MM 3 Θ n2 lgn( )     FASTER  

T4 n( ) = 3T4 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + lg2 n!( ) =

MM 3 Θ n2 lg2 n( )  

  III  

T5 n( ) = T5 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ +

e.6934n

n3 =

MM 3 Θ

e.6934 n

n3 ⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟      

T6 n( ) = 8T6 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + n2 ⋅ 2n =

MM 3 Θ n2 ⋅ 2n( )       FASTER  

  IV  

T7 n( ) = 8T7 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + lgn( )

2 lg n = MM 1

Θ n3( )         FASTER  

   

T8 n( ) = 16T8 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + lgn⎡ ⎤! =

MM 3 Θ lgn⎡ ⎤!( )  

  V  

T9 n( ) = 2T9 n 2 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + 2( )

lg n 2 =

MM 1 Θ n( )  

   

T10 n( ) = 2T10 n 3 ⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ + 3 2 lg n =

MM 1 Θ n log 3 2( )         FASTER  

 

 

 

 4  

3.   Consider  the  following  sorting  algorithm  (which  you  may  assume  is  correct),   called  initially  with  i  =  1  and  j  =  n  to  sort  a  list  of  n  numbers  in  array  A:  

Sort(A, i, j)

1 if A[i] > A[j] 2 then exchange

A[i]↔ A[ j] 3 if i + 1 ≥ j 4 then return 5

k ← j − i +1( )/3⎣ ⎦ 6 Sort(A, i, j - k) 7 Sort(A, i + k, j) 8 Sort(A, i, j - k)

 

 

Suppose  SORT  takes  as  input  list  

7, 2, 3, 4, 5, 6, 1( ).    During  its  execution,  how   many  comparisons  are  made  between  elements  in  A?  

 

ANSWER  ONLY    _____121_____    (20  points)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  5  

4.   Consider  the  Merge-­‐Sort  algorithm  as  presented  (via  pseudocode)  in  the  text,   and  analyzed  in  the  homework.    Create  an  input  list  from  the  numbers  in  the  set

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7{ }   that   elicits   the   worst-­‐case   performance,   if   performance   is   measured  solely  in  terms  of  comparisons  between  elements  in  the  list.    (Do  not  count   comparisons  to  sentinels.)    How  many  comparisons  are  made?    

ANSWER  ONLY-­‐input  list:      There  are  many  possibilities.    For  instance,    

(1,  3,  2,  7,  4,  5,  6)      elicits  the  worst  case.        (10  points)  

ANSWER  ONLY-­‐number  of  comparisons  made:      14        (10  points).      

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 6  

5.   Consider   the   following   decision   tree   for   determining   the   median   of   five   numbers  a,  b,  c,  d,  and  e,  with  at  most  five  comparisons.      Note  that  the  comparison   b:e  occurs  on  the  right  and  left  children  of  a:c.  

Determine  which  of  the  five  numbers  is  

 

L1    (answer  only)  ______b_____  

L2    (answer  only)  ______b_____  

L3    (answer  only)    _____c____  

L4    (answer  only)    _____d____  (5  points  per  correct  answer,  20  max)  

 

[Note:    For  the  decision  tree  below,  L5  is  not  uniquely  determined.    Therefore  this   tree  does  not  determine  the  median  in  less  than  six  comparisons.    A  correct  right   branch  from  the  node  a:c  is  drawn  in  blue  on  the  bottom  of  the  page,  replacing  the   section  drawn  in  red.]  

                                                                                                                                                                                     a:b  

                                                                                                                               c:d                                                                                                      symm  

                                                                                       a:c                                                                symm  

                                         b:e                                                                                          b:e  

                 b:c                                e:c                                                      d:b                                        d:e  

   e:c              b:d              b:c              e:d                        d:a          L1              e:a                      d:a  

e        c          b        d      L2    L3    e        d                  a          d                          e          d              L4      L5  

 

 

                a:d  

    e:a                      e:d  

a              e:b       d       e:a  

                           e                          b                      e                            a