AuK/Teile und Herrsche 2 SS10/Aufgaben Lösung

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== Lösungen zu den Übungsaufgaben ==
<language>Scheme</language>
<language>Scheme</language>
===Binäre Suche===
Die Korrigierte Datei der Binären Suche
Übung 1 Binäre Suche:
Oder Schlicht in der Aufgaben Datei (tipp-l4) eingeben...

<document>Simabrzo_Richtig-bin-suche.zip</document>

Übung 2 der Binären suche:

===Multiplikation großer ganzer Zahlen nach KARATSUBA und OFMAN===
Hier die Maxima-Datei: <document>Fdeutschmann_Karatsuba.zip</document>

*<math>3812 \cdot 3264</math>

<math>a=3802\Rightarrow a_1=38 \textrm{ und }a_0=12\\
b=3264\Rightarrow b_1=32 \textrm{ und }b_0=64</math>

Damit berechnet man <math>r</math>, <math>s</math>und <math>t</math>:

<math>
r=a_{1}\cdot b_{1}=38\cdot32=1216\\
s=(a_{0}-a_{1})\cdot(b_{0}-b_{1})=-832\\
t=a_{0}\cdot b_{0}=768\\
\\
a\cdot b = r\cdot z^{n}+(r+t-s)z^{\frac{n}{2}}+t=1216\cdot10^4+(1216+768+832)\cdot10^2+768=\underline{\underline{12442368}}
</math>

*<math>837147 \cdot 479253</math>

<math>a=837147\Rightarrow a_1=837 \textrm{ und }a_0=147\\
b=479253\Rightarrow b_1=479 \textrm{ und }b_0=253</math>

Damit berechnet man <math>r</math>, <math>s</math>und <math>t</math>:

<math>
r=a_{1}\cdot b_{1}=837\cdot479=400923\\
s=(a_{0}-a_{1})\cdot(b_{0}-b_{1})=(147-837)\cdot(253-479)=155940\\
t=a_{0}\cdot b_{0}=147\cdot253=37191\\
\\
a\cdot b = r\cdot z^{n}+(r+t-s)z^{\frac{n}{2}}+t=400923\cdot10^6+(400923+37191-155940)\cdot10^3+37191=\underline{\underline{401205211191}}
</math>

*<math>34 \cdot 56</math>

<math>a=34\Rightarrow a_1=3 \textrm{ und }a_0=6\\
b=56\Rightarrow b_1=5 \textrm{ und }b_0=6</math>

Damit berechnet man <math>r</math>, <math>s</math>und <math>t</math>:

<math>
r=a_{1}\cdot b_{1}=3\cdot5=15\\
s=(a_{0}-a_{1})\cdot(b_{0}-b_{1})=(4-3)\cdot(6-5)=1\\
t=a_{0}\cdot b_{0}=4\cdot6=24\\
\\
a\cdot b = r\cdot z^{n}+(r+t-s)z^{\frac{n}{2}}+t=15\cdot10^2+(15+24-1)\cdot10^1+24=\underline{\underline{1904}}
</math>

===Schnelle Matrixmultiplikation nach STRASSEN===
Hier die Maxima-Datei: <document>Fdeutschmann_Strassen.zip</document>
Gegeben sind die zwei Matrizen <math>A</math> und <math>B</math> mit:

<math>
A=\begin{pmatrix}
3 & 4 & 8 & 9\\
1 & 5 & 9 & 2\\
5 & 7 & 4 & 3\\
2 & 3 & 8 & 1
\end{pmatrix}</math> und 
<math>B=\begin{pmatrix}
3 & 2 & 8 & 6\\
1 & 4 & 9 & 5\\
7 & 6 & 4 & 3\\
2 & 9 & 2 & 3
\end{pmatrix}</math>

Die Matrizen zerlegt man nach folgendem Muster in Teilmatrizen:


<math>
C=A\cdot B=
\begin{pmatrix}
A_{1,1} & A_{1,2}\\
A_{2,1} & A_{2,2}
\end{pmatrix}\cdot
\begin{pmatrix}
B_{1,1} & B_{1,2}\\
B_{2,1} & B_{2,2}
\end{pmatrix}
=\begin{pmatrix}
C_{1,1} & C_{1,2}\\
C_{2,1} & C_{2,2}
\end{pmatrix}
</math>

Daraus ergeben sich die 8 Teilmatrizen:

<math>
A_{1,1}=\begin{bmatrix}3 & 4\\1 & 5\end{bmatrix}\text{, } A_{1,2}=\begin{bmatrix}8 & 7\\9 & 2\end{bmatrix}\text{, } A_{2,1}=\begin{bmatrix}5 & 7\\2 & 3\end{bmatrix}\text{, } A_{2,2}=\begin{bmatrix}4 & 3\\8 & 1\end{bmatrix}\\
B_{1,1}=\begin{bmatrix}3 & 2\\1 & 4\end{bmatrix}\text{, } B_{1,2}=\begin{bmatrix}8 & 6\\9 & 5\end{bmatrix}\text{, } B_{2,1}=\begin{bmatrix}7 & 6\\2 & 9\end{bmatrix}\text{, } B_{2,2}=\begin{bmatrix}4 & 3\\2 & 3\end{bmatrix}
</math>

Damit lassen sich <math>M_{1}</math> bis <math>M_{7}</math> berechnen:


<math>
M_{1}=(A_{1,1}+A_{2,2})\cdot(B_{1,1}+B_{2,2})=\begin{pmatrix}70 & 84\\81 & 87\end{pmatrix}\\
M_{2}=(A_{2,1}+A_{2,2})\cdot B_{1,1}=\begin{pmatrix}37 & 58\\34 & 36\end{pmatrix}\\
M_{3}=A_{1,1}\cdot(B_{1,2}-B_{2,2})=\begin{pmatrix}40 & 17\\39 & 13\end{pmatrix}\\
M_{4}=A_{2,2})\cdot (B_{2,1}-B_{1,1})=\begin{pmatrix}19 & 31\\33 & 37\end{pmatrix}\\
M_{5}=(A_{1,1}+A_{1,2})\cdot B_{2,2}=\begin{pmatrix}66 & 66\\54 & 51\end{pmatrix}\\
M_{6}=(A_{2,1}-A_{1,1})\cdot(B_{1,1}+B_{1,2})=\begin{pmatrix}52 & 43\\-9 & -10\end{pmatrix}\\
M_{7}=(A_{1,2}-A_{2,2})\cdot(B_{2,1}+B_{2,2}=\begin{pmatrix}60 & 84\\15 & 21\end{pmatrix})
</math>


Danach kann man die 4 Teilmatrizen von <math>C</math> durch Addition bzw. Subtraktion berechnen.


<math>
C_{1,1}=M_1 + M_4 - M_5 + M_7=\begin{pmatrix}83 & 133\\75 & 94\end{pmatrix}\\
C_{1,2}=M_3 + M_5=\begin{pmatrix}106 & 83\\93 & 64\end{pmatrix}\\
C_{2,1}=M_2 + M_4=\begin{pmatrix}56 & 89\\67 & 73\end{pmatrix}\\
C_{2,2}=M_1 - M_2 + M_3 + M_6=\begin{pmatrix}125 & 86\\77 & 54\end{pmatrix}
</math>

Durch Zusammensetzen der Teilmatrizen zur Ergebnismatrix <math>C</math> ergibt sich das Ergebnis der Rechnung:

<math>C=\begin{pmatrix}C_{1,1} & C_{1,2}\\C_{2,1} & C_{2,2}\end{pmatrix}=
\underline{\underline{\begin{pmatrix}
83 & 133 & 106 & 83\\
75 & 94 & 93 & 64\\
56 & 89 & 125 & 86\\
67 & 73 & 77 & 54
\end{pmatrix}}}</math>