安徽理工大學(xué)《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個(gè)小題，每小題2分，共30分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、設(shè)計(jì)一個(gè)具有自動(dòng)增益控制和動(dòng)態(tài)范圍壓縮功能的音頻處理系統(tǒng)，提高音頻質(zhì)量，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能評(píng)估。2、根據(jù)傳感器原理，設(shè)計(jì)一個(gè)用于智能家居的人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開(kāi)燈、關(guān)空調(diào)等智能控制。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ADC的電壓測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量范圍為0-10V，精度為0.01V，通過(guò)數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。4、假設(shè)正在開(kāi)發(fā)一個(gè)股票交易系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)記錄每只股票的價(jià)格變化，并能夠快速地找出價(jià)格漲幅最大和跌幅最大的股票。同時(shí)，要支持對(duì)股票價(jià)格的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的搭配最適合這個(gè)系統(tǒng)？（）A.最大堆和最小堆，分別存儲(chǔ)漲幅和跌幅最大的股票信息B.紅黑樹(shù)和中序遍歷，獲取股票價(jià)格的排序C.跳表和插入排序，更新股票價(jià)格數(shù)據(jù)D.線段樹(shù)和歸并排序，分析股票價(jià)格歷史數(shù)據(jù)5、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻功率放大器的保護(hù)電路，包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和短路保護(hù)，給出電路結(jié)構(gòu)和工作原理。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的自動(dòng)化包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，能夠完成產(chǎn)品的包裝、封口、貼標(biāo)等操作。7、二分查找是一種在有序數(shù)組中進(jìn)行查找的高效算法。以下關(guān)于二分查找的描述，錯(cuò)誤的是（）A.每次將查找范圍縮小一半，逐步逼近目標(biāo)元素B.二分查找的時(shí)間復(fù)雜度為O(log?n)C.二分查找要求數(shù)組必須是有序的，且只能用于數(shù)組，不能用于鏈表D.二分查找在所有情況下都比順序查找快8、設(shè)計(jì)一個(gè)射頻收發(fā)電路，工作在特定頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信號(hào)發(fā)射和接收，同時(shí)具備良好的線性度和靈敏度。9、在一個(gè)需要頻繁進(jìn)行字符串匹配和查找的系統(tǒng)中，例如在搜索引擎的索引構(gòu)建中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)被優(yōu)先考慮？（）A.二叉樹(shù)，一般的二叉樹(shù)在字符串查找中效率不高B.字典樹(shù)（Trie），特別適合字符串的存儲(chǔ)和查找，節(jié)省空間和時(shí)間C.鏈表，查找效率低，不適合大量字符串的快速查找D.堆，主要用于排序和優(yōu)先級(jí)處理，不是字符串查找的首選10、利用通信原理知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠在一定距離內(nèi)穩(wěn)定傳輸數(shù)字信號(hào)，具備抗干擾和糾錯(cuò)能力，且傳輸速率達(dá)到特定要求。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線智能家居安防系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)門(mén)窗狀態(tài)、煙霧濃度、入侵情況等，并進(jìn)行報(bào)警。12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電傳感器的自動(dòng)照明控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的照明效果。13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于無(wú)線通信技術(shù)的智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)交通流量?jī)?yōu)化信號(hào)燈時(shí)間。14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)等功能，給出硬件設(shè)計(jì)和圖像處理算法。15、設(shè)計(jì)一個(gè)具有自動(dòng)增益控制功能的放大器，能夠根據(jù)輸入信號(hào)的幅度自動(dòng)調(diào)整增益，給出電路設(shè)計(jì)和性能測(cè)試報(bào)告。二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）論述如何利用圖的深度優(yōu)先搜索算法生成圖的生成樹(shù)。2、（本題5分）深入分析在具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的有向圖中，如何計(jì)算圖的傳遞閉包，并給出一種有效的算法和代碼示例。3、（本題5分）詳細(xì)闡述在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的無(wú)向圖中，如何判斷其是否為連通圖，并給出相應(yīng)的算法。三、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）在一個(gè)在線寵物管理系統(tǒng)中，需要管理寵物信息、主人信息、寵物健康記錄和疫苗接種情況等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些信息，實(shí)現(xiàn)寵物和主人信息的錄入和修改，寵物健康記錄的跟蹤，疫苗接種的提醒和記錄，并能夠提供寵物健康和養(yǎng)護(hù)的建議。2、（本題5分）某電商平臺(tái)需要對(duì)用戶(hù)的購(gòu)買(mǎi)記錄進(jìn)行分析，以了解用戶(hù)的消費(fèi)習(xí)慣。購(gòu)買(mǎi)記錄以鏈表形式存儲(chǔ)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含用戶(hù)ID、商品ID、購(gòu)買(mǎi)時(shí)間和購(gòu)買(mǎi)金額等信息。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）統(tǒng)計(jì)每個(gè)用戶(hù)的總消費(fèi)金額；（2）找出消費(fèi)金額最高的前10個(gè)用戶(hù)；（3）按照購(gòu)買(mǎi)時(shí)間對(duì)購(gòu)買(mǎi)記錄進(jìn)行排序。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）某在線音樂(lè)平臺(tái)的歌曲管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)歌曲信息，如歌曲編號(hào)、歌曲名稱(chēng)、歌手、專(zhuān)輯、播放次數(shù)等。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)快速查找特定歌曲、按照播放次數(shù)對(duì)歌曲進(jìn)行排序、新增歌曲、刪除歌曲以及更新歌曲的播放次數(shù)。請(qǐng)確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述算法和代碼實(shí)現(xiàn)，同時(shí)討論性能優(yōu)化方法。4、（本題5分）一個(gè)在線心理咨詢(xún)平臺(tái)需要記錄咨詢(xún)者的問(wèn)題、咨詢(xún)師的回答和咨詢(xún)進(jìn)度。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)用戶(hù)隱私，并支持咨詢(xún)記錄的查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)。5、（本題5分）假設(shè)一個(gè)在線健身平臺(tái)需要記錄用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃、運(yùn)動(dòng)記錄和身體指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)計(jì)劃包括計(jì)劃ID、用戶(hù)ID、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、運(yùn)動(dòng)時(shí)間，運(yùn)動(dòng)記錄包括記錄ID、用戶(hù)ID、運(yùn)動(dòng)日期、運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、消耗卡路里，身體指標(biāo)包括指標(biāo)ID、用戶(hù)ID、體重、體脂率、血壓。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理用戶(hù)的健身數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)計(jì)劃的制定和調(diào)整、運(yùn)動(dòng)記錄的分析、身體指標(biāo)的跟蹤，并為用戶(hù)提供個(gè)性化的健身建議。四、設(shè)計(jì)題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用Bellman-Ford算