常州大學(xué)懷德學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

站名：站名：年級(jí)專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：凡年級(jí)專業(yè)、姓名、學(xué)號(hào)錯(cuò)寫、漏寫或字跡不清者，成績(jī)按零分記?！堋狻€…………第1頁(yè)，共1頁(yè)常州大學(xué)懷德學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》

2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分一、單選題（本大題共25個(gè)小題，每小題1分，共25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、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中，利用緩存局部性原理可以提高性能。以下關(guān)于緩存局部性原理的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.時(shí)間局部性指的是最近被訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)在不久的將來(lái)很可能再次被訪問(wèn)B.空間局部性指的是相鄰的數(shù)據(jù)很可能在短時(shí)間內(nèi)被一起訪問(wèn)C.利用緩存局部性原理可以通過(guò)合理的數(shù)據(jù)布局和訪問(wèn)順序來(lái)提高緩存命中率D.緩存局部性原理只適用于硬件層面的優(yōu)化，對(duì)軟件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有影響2、堆是一種特殊的樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列。以下關(guān)于堆的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.大頂堆中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的值都大于或等于其子節(jié)點(diǎn)的值，小頂堆則相反B.可以用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)堆，通過(guò)計(jì)算索引可以方便地進(jìn)行堆的操作C.堆排序利用堆的特性，將數(shù)組構(gòu)建成堆，然后依次取出堆頂元素得到排序結(jié)果D.堆的插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度都為O(logn)，且堆的空間復(fù)雜度總是高于其他線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3、隊(duì)列可以用于實(shí)現(xiàn)廣度優(yōu)先遍歷算法。在廣度優(yōu)先遍歷中，以下關(guān)于隊(duì)列的使用描述錯(cuò)誤的是（）A.從起始節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，將其入隊(duì)B.每次取出隊(duì)頭節(jié)點(diǎn)，并將其未訪問(wèn)的鄰接節(jié)點(diǎn)入隊(duì)C.直到隊(duì)列為空，遍歷結(jié)束D.隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)順序與遍歷順序無(wú)關(guān)4、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，實(shí)踐是非常重要的。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)踐的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.通過(guò)實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以加深對(duì)其理解B.可以通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)應(yīng)用所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)C.實(shí)踐只需要在電腦上完成，不需要在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中思考D.實(shí)踐過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和不足5、設(shè)計(jì)一個(gè)電子秤數(shù)據(jù)加密電路，能夠?qū)﹄娮映拥臏y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)的安全性。6、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻分頻器電路，將音頻信號(hào)分為高音、中音和低音，給出電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)計(jì)算。7、設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字化調(diào)制（如ASK、FSK、PSK）和相應(yīng)的解調(diào)功能，并分析其性能。8、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率合成器電路，能夠產(chǎn)生不同頻率的正弦波、方波和三角波，頻率范圍為1Hz到10MHz。9、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線充電器，能夠?yàn)槭謾C(jī)等設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電，給出充電器的電路原理和設(shè)計(jì)參數(shù)。10、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量直流電壓和交流電壓，精度和量程滿足一定要求，提供電路設(shè)計(jì)和誤差分析。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的電壓比較器電路，能夠比較兩個(gè)輸入電壓的大小，并輸出相應(yīng)的高低電平信號(hào)。12、設(shè)計(jì)一個(gè)智能電表的通信接口電路，能夠與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，包括接口類型選擇和電路設(shè)計(jì)。13、考慮哈希沖突的解決方法，開(kāi)放定址法和鏈地址法是常見(jiàn)的策略。假設(shè)一個(gè)哈希表的負(fù)載較高，容易發(fā)生沖突。以下哪種方法在這種情況下可能表現(xiàn)更好（）A.開(kāi)放定址法B.鏈地址法C.兩種方法效果相同D.無(wú)法確定14、運(yùn)用電子信息工程知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)智能充電樁的計(jì)費(fèi)和管理系統(tǒng)，支持多種支付方式和用戶管理。15、設(shè)計(jì)一個(gè)智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控、入侵檢測(cè)和報(bào)警功能，給出系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)方案。16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)斎氲幕叶葓D像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并輸出邊緣圖像。17、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)電路，能夠測(cè)量人體溫度，精度要求在±0.1℃以內(nèi)，并且具有報(bào)警功能。18、設(shè)計(jì)一個(gè)高頻開(kāi)關(guān)電源，輸出電壓為24V/10A，效率不低于85%，給出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇和元件參數(shù)計(jì)算。19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速信號(hào)的采集和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。20、假設(shè)在一個(gè)在線游戲的多人對(duì)戰(zhàn)匹配系統(tǒng)中，需要根據(jù)玩家的等級(jí)和技能水平進(jìn)行快速匹配，以保證游戲的公平性和趣味性。為了實(shí)現(xiàn)高效的匹配過(guò)程，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可能會(huì)被運(yùn)用？（）A.快速排序結(jié)合二分查找B.冒泡排序結(jié)合線性搜索C.歸并排序結(jié)合哈希表D.桶排序結(jié)合雙向鏈表21、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙模塊的智能體重秤，能夠測(cè)量體重、體脂率、肌肉量等身體指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)上傳至云端。22、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字圖像處理中的圖像壓縮質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)，包括客觀和主觀評(píng)估指標(biāo)的測(cè)量。23、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓為5V和12V可選，最大輸出電流為1A，紋波電壓小于50mV。24、設(shè)計(jì)一個(gè)5V轉(zhuǎn)3.3V的DC-DC降壓電源模塊，輸出電流不小于1A，效率達(dá)到80%以上，給出原理圖和PCB設(shè)計(jì)。25、設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)電路，支持ASK、FSK、PSK等調(diào)制方式，能夠?qū)斎氲臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并準(zhǔn)確解調(diào)恢復(fù)出原始信號(hào)，詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）闡述在無(wú)向圖中，如何使用普里姆算法和克魯斯卡爾算法構(gòu)建最小生成樹(shù)，比較兩種算法的特點(diǎn)和適用情況。2、（本題5分）詳細(xì)闡述歸并排序算法的思想和步驟，并說(shuō)明其時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）論述伸展樹(shù)在并發(fā)環(huán)境下的應(yīng)用挑戰(zhàn)和解決方法。4、（本題5分）解釋如何使用桶排序?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)的整數(shù)進(jìn)行排序，分析其適用場(chǎng)景和局限性。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，利用數(shù)組實(shí)現(xiàn)堆排序的非遞歸并行版本，提高排序效率并展示過(guò)程和結(jié)果。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)基于線段樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)區(qū)間查詢和更新操作。3、（本題5分）基于樹(shù)狀數(shù)組和線段樹(shù)的組合，設(shè)計(jì)一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)二維整數(shù)矩陣的區(qū)域求和和更新操作。4、（本題5分）使用鏈表和Prim算法，設(shè)計(jì)一個(gè)程序，為一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃水管鋪設(shè)路線，使灌溉面積最大且成本最低。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用伸展樹(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)集合的插入、刪除和查找操作，輸出操作結(jié)果。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）一個(gè)圖書館的讀者借閱管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)讀者的借閱信息，包括讀者編號(hào)、讀者姓名、借閱圖書編號(hào)、借閱日期、應(yīng)還日期等。系統(tǒng)要支持快速查找讀者的借閱記錄、按照應(yīng)還日期對(duì)借閱記錄進(jìn)行排序、新增借閱、歸還圖書操作。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并給出代碼實(shí)現(xiàn)和性能評(píng)估。2、（本題10分）一個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)設(shè)備的信息，如設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備類型、購(gòu)買日期、使用狀態(tài)等。系統(tǒng)要支持快速查找特定設(shè)備、按照購(gòu)買日期對(duì)設(shè)備進(jìn)行排序、新增設(shè)備、維修設(shè)備、報(bào)廢設(shè)備。請(qǐng)確定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述算法和