西南交通大學(xué)《算法分析與設(shè)計(jì)》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁西南交通大學(xué)

《算法分析與設(shè)計(jì)》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共30個(gè)小題，每小題1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、在分析一個(gè)算法的最壞時(shí)間復(fù)雜度時(shí)，如果無論輸入如何，算法的執(zhí)行時(shí)間都不會超過某個(gè)上限，那么這種算法被稱為什么？（）A.最優(yōu)算法B.確定性算法C.amortized算法D.穩(wěn)定算法2、想象一個(gè)需要對一個(gè)數(shù)組進(jìn)行劃分，使得左邊的元素都小于某個(gè)基準(zhǔn)值，右邊的元素都大于基準(zhǔn)值。以下哪種算法可能是最適合的？（）A.冒泡排序的思想，通過多次交換實(shí)現(xiàn)劃分B.選擇數(shù)組的第一個(gè)元素作為基準(zhǔn)，然后進(jìn)行調(diào)整C.隨機(jī)選擇一個(gè)元素作為基準(zhǔn)，通過快速排序的分區(qū)過程實(shí)現(xiàn)劃分D.計(jì)算數(shù)組的平均值作為基準(zhǔn)，然后進(jìn)行劃分3、在遞歸算法中，函數(shù)直接或間接地調(diào)用自身來解決問題。假設(shè)我們正在分析一個(gè)遞歸算法的性能。以下關(guān)于遞歸算法的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.遞歸算法通常具有簡潔和直觀的代碼結(jié)構(gòu)，但可能存在?？臻g的消耗問題B.遞歸算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度分析通常需要通過建立遞歸關(guān)系式來進(jìn)行C.對于一些問題，使用遞歸算法可能比使用迭代算法更高效D.遞歸算法總是能夠更容易地理解和實(shí)現(xiàn)，并且在所有情況下都優(yōu)于迭代算法4、考慮一個(gè)用于解決背包問題的近似算法，它能在較短時(shí)間內(nèi)給出一個(gè)接近最優(yōu)解的結(jié)果。以下關(guān)于近似算法的優(yōu)點(diǎn)，哪個(gè)是正確的（）A.一定能得到最優(yōu)解B.計(jì)算速度快C.復(fù)雜度低D.以上都是5、一個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n2)，如果輸入規(guī)模擴(kuò)大一倍，那么運(yùn)行時(shí)間會變?yōu)樵瓉淼膸妆叮浚ǎ〢.2倍B.4倍C.8倍D.16倍6、在字符串處理算法中，假設(shè)要判斷一個(gè)字符串是否是另一個(gè)字符串的子串。以下哪種算法在處理長字符串時(shí)可能表現(xiàn)更好？（）A.后綴樹算法B.哈希表算法C.二分查找算法D.以上算法視情況而定7、在動態(tài)規(guī)劃的應(yīng)用中，背包問題是一個(gè)經(jīng)典的例子。假設(shè)我們有一個(gè)有限容量的背包和一組物品，每個(gè)物品有一定的價(jià)值和重量。以下關(guān)于背包問題的動態(tài)規(guī)劃解法描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.定義一個(gè)二維數(shù)組來保存不同容量和物品組合下的最優(yōu)價(jià)值B.通過填充這個(gè)數(shù)組，從子問題的解逐步推導(dǎo)出整個(gè)問題的最優(yōu)解C.背包問題的動態(tài)規(guī)劃解法可以保證得到最優(yōu)解，但時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度可能較高D.對于所有類型的背包問題（如0-1背包、完全背包、多重背包），都可以使用相同的動態(tài)規(guī)劃方法，無需進(jìn)行任何修改8、在樹結(jié)構(gòu)的算法中，二叉搜索樹是一種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于二叉搜索樹的描述，不正確的是：（）A.二叉搜索樹的左子樹中的節(jié)點(diǎn)值都小于根節(jié)點(diǎn)的值，右子樹中的節(jié)點(diǎn)值都大于根節(jié)點(diǎn)的值B.對二叉搜索樹進(jìn)行中序遍歷可以得到有序的節(jié)點(diǎn)值序列C.二叉搜索樹的插入、刪除和查找操作的平均時(shí)間復(fù)雜度均為O(logn)D.二叉搜索樹一定是平衡的，即左右子樹的高度差不超過19、考慮一個(gè)算法的空間復(fù)雜度，如果算法需要保存大量的中間結(jié)果，可能會導(dǎo)致什么情況？（）A.運(yùn)行速度變慢B.占用過多內(nèi)存C.難以擴(kuò)展D.以上情況都可能發(fā)生10、分治算法是將一個(gè)大問題分解為多個(gè)小問題，分別求解后再合并結(jié)果。以下關(guān)于分治算法的說法中，錯誤的是：分治算法的時(shí)間復(fù)雜度通常與問題的規(guī)模成對數(shù)關(guān)系。分治算法需要滿足問題的可分性和合并性。那么，下列關(guān)于分治算法的說法錯誤的是（）A.分治算法可以通過遞歸或迭代的方式實(shí)現(xiàn)B.分治算法在解決某些問題時(shí)比暴力搜索算法更高效C.分治算法的子問題規(guī)模必須相等D.分治算法的正確性可以通過數(shù)學(xué)歸納法來證明11、在分治法的應(yīng)用中，快速排序是一個(gè)典型的例子。假設(shè)對一個(gè)幾乎有序的數(shù)組進(jìn)行排序，快速排序的性能可能會受到影響。為了改進(jìn)這種情況下的性能，以下哪種方法可能有效（）A.改用冒泡排序B.采用隨機(jī)選擇基準(zhǔn)元素C.增加排序的趟數(shù)D.以上方法都無效12、在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決字符串匹配問題時(shí)，需要在一個(gè)長文本中查找一個(gè)給定的模式字符串的所有出現(xiàn)位置。如果模式字符串相對較短，并且需要考慮多種復(fù)雜的匹配情況，以下哪種字符串匹配算法可能表現(xiàn)更好？（）A.樸素的字符串匹配算法B.KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法C.BM（Boyer-Moore）算法D.Rabin-Karp算法13、在算法的復(fù)雜度分析中，以下哪種情況會導(dǎo)致算法的時(shí)間復(fù)雜度增加：（）A.增加算法的循環(huán)層數(shù)B.減少算法中的條件判斷C.優(yōu)化算法中的數(shù)據(jù)存儲方式D.縮小問題的規(guī)模14、在一個(gè)大規(guī)模的電商平臺中，需要對海量的商品評論數(shù)據(jù)進(jìn)行情感分析，以了解用戶對商品的態(tài)度是積極、消極還是中性。假設(shè)評論數(shù)據(jù)量巨大，并且需要快速得到分析結(jié)果。以下哪種算法或技術(shù)可能是最適合用于這個(gè)任務(wù)的？（）A.樸素貝葉斯分類算法，基于概率模型進(jìn)行分類B.決策樹算法，通過構(gòu)建決策樹進(jìn)行分類判斷C.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和擬合能力D.支持向量機(jī)算法，擅長處理高維數(shù)據(jù)和復(fù)雜分類問題15、在一個(gè)貪心算法的應(yīng)用場景中，每次都做出當(dāng)前看起來最優(yōu)的選擇，但最終得到的結(jié)果不一定是全局最優(yōu)解。以下哪個(gè)問題可能適合使用貪心算法來求解？（）A.旅行商問題B.活動安排問題C.0-1背包問題D.以上問題都不適合用貪心算法16、在算法的應(yīng)用領(lǐng)域中，圖像處理、自然語言處理和人工智能等都廣泛使用了各種算法。假設(shè)我們正在研究算法在圖像處理中的應(yīng)用。以下關(guān)于算法在圖像處理中的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.圖像壓縮算法如JPEG利用了變換編碼和量化等技術(shù)來減少圖像的數(shù)據(jù)量B.圖像邊緣檢測算法如Sobel算子通過計(jì)算圖像梯度來檢測圖像中的邊緣C.圖像分類算法通?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，與傳統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)方法關(guān)系不大D.圖像濾波算法如高斯濾波用于去除圖像中的噪聲，同時(shí)保持圖像的主要特征17、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決在一個(gè)有向無環(huán)圖（DAG）中找出所有最長路徑的問題。圖中的節(jié)點(diǎn)表示任務(wù)，邊表示任務(wù)之間的依賴關(guān)系。需要考慮算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，同時(shí)要確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.深度優(yōu)先搜索（DFS）算法，通過遞歸遍歷圖來找出所有路徑，但可能會出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算和內(nèi)存消耗較大的問題B.廣度優(yōu)先搜索（BFS）算法，逐層遍歷圖，能較好地控制搜索范圍，但對于最長路徑的查找可能不夠直接C.動態(tài)規(guī)劃算法，通過將問題分解為子問題并保存中間結(jié)果來求解，時(shí)間和空間復(fù)雜度相對較低，但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜D.貪心算法，每次選擇局部最優(yōu)的路徑，但可能無法得到全局的最長路徑18、在算法的穩(wěn)定性方面，冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法。這意味著在排序過程中（）A.相同元素的相對順序不會改變B.排序速度較快C.不需要額外的存儲空間D.以上都不是19、假設(shè)正在比較兩個(gè)算法的性能，除了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，還可以考慮哪些因素？（）A.算法的可讀性和可維護(hù)性B.算法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性C.算法對不同輸入數(shù)據(jù)的適應(yīng)性D.以上因素都需要考慮20、假設(shè)正在開發(fā)一個(gè)算法來解決動態(tài)規(guī)劃問題，例如計(jì)算一個(gè)給定數(shù)組中不相鄰元素的最大和。需要通過分析子問題并利用其結(jié)果來構(gòu)建最終的解。在這種情況下，以下哪個(gè)步驟對于設(shè)計(jì)有效的動態(tài)規(guī)劃算法是至關(guān)重要的？（）A.定義狀態(tài)B.確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程C.初始化邊界條件D.以上步驟都很重要21、當(dāng)分析一個(gè)算法的最壞情況時(shí)間復(fù)雜度時(shí)，假設(shè)該算法在處理某些特定輸入時(shí)性能極差。以下哪種改進(jìn)策略可能對改善最壞情況性能最有效？（）A.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化B.算法流程的重新設(shè)計(jì)C.增加預(yù)處理步驟D.以上策略都有可能22、考慮一個(gè)在線推薦系統(tǒng)，需要根據(jù)用戶的歷史行為和偏好為其推薦相關(guān)的產(chǎn)品或服務(wù)。系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶的操作，并能夠處理大量的用戶數(shù)據(jù)和不斷變化的用戶興趣。以下哪種算法或技術(shù)可能最適合用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)推薦系統(tǒng)？（）A.協(xié)同過濾算法，基于用戶或物品的相似性進(jìn)行推薦B.基于內(nèi)容的推薦算法，根據(jù)物品的特征和用戶的偏好匹配推薦C.關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，發(fā)現(xiàn)物品之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行推薦D.以上算法和技術(shù)結(jié)合使用，以提高推薦的準(zhǔn)確性和多樣性23、考慮動態(tài)規(guī)劃算法，它通常用于解決具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)和重疊子問題性質(zhì)的問題。假設(shè)要計(jì)算斐波那契數(shù)列的第n項(xiàng)，以下哪種方法使用動態(tài)規(guī)劃可以顯著提高效率（）A.遞歸計(jì)算B.迭代計(jì)算并存儲中間結(jié)果C.隨機(jī)計(jì)算D.以上方法效率相同24、假設(shè)要對一個(gè)大規(guī)模的數(shù)值數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類分析，以下哪種聚類算法可能更適合處理這種情況？（）A.K-Means算法B.層次聚類算法C.密度聚類算法D.以上算法都可以，取決于具體數(shù)據(jù)特點(diǎn)25、在一個(gè)回溯算法中，為了避免重復(fù)搜索已經(jīng)搜索過的部分解空間，可以采用以下哪種技術(shù)？（）A.剪枝B.備忘錄C.動態(tài)規(guī)劃D.貪心選擇26、對于排序算法，考慮快速排序在對一個(gè)幾乎有序的數(shù)組進(jìn)行排序時(shí)。以下哪種改進(jìn)措施可能會顯著提高快速排序的性能？（）A.選擇中間元素作為基準(zhǔn)B.采用插入排序?qū)π∫?guī)模子數(shù)組進(jìn)行排序C.增加隨機(jī)化選擇基準(zhǔn)的步驟D.以上措施綜合使用27、在動態(tài)規(guī)劃算法的應(yīng)用中，以下關(guān)于最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.問題的最優(yōu)解包含了子問題的最優(yōu)解B.通過求解子問題的最優(yōu)解可以得到原問題的最優(yōu)解C.最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)是動態(tài)規(guī)劃算法能夠有效解決問題的關(guān)鍵D.只要問題具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，就一定可以使用動態(tài)規(guī)劃算法求解28、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決一個(gè)組合優(yōu)化問題，例如在一組項(xiàng)目中選擇一些項(xiàng)目以滿足特定的約束條件并最大化總收益。如果問題的解空間非常大，以下哪種技術(shù)可能有助于有效地搜索解空間？（）A.分支定界法B.隨機(jī)搜索C.模擬退火D.以上技術(shù)都可以29、在處理哈希沖突時(shí)，有多種解決方法。以下關(guān)于處理哈希沖突的描述，錯誤的是：（）A.開放定址法通過在哈希表中尋找空閑位置來解決沖突B.鏈地址法將沖突的元素存儲在一個(gè)鏈表中C.再哈希法通過使用多個(gè)哈希函數(shù)來減少沖突D.所有的處理哈希沖突的方法在性能上都是相同的，沒有優(yōu)劣之分30、在一個(gè)矩陣運(yùn)算問題中，需要計(jì)算兩個(gè)矩陣的乘積?？紤]到算法的效率和空間復(fù)雜度，以下哪種算法可能是最有效的？（）A.直接按照矩陣乘法的定義進(jìn)行計(jì)算，時(shí)間復(fù)雜度較高B.采用分治法，將矩陣分成小塊進(jìn)行計(jì)算，然后合并結(jié)果C.利用Strassen算法，通過減少乘法次數(shù)來提高效率，但計(jì)算過程較復(fù)雜D.先將矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置，然后再進(jìn)行乘法運(yùn)算，可能會提高效率二、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法來找出一個(gè)有向無環(huán)圖中所有頂點(diǎn)的拓?fù)渑判颉７治鏊惴ǖ膹?fù)雜度，并討論在處理復(fù)雜圖結(jié)構(gòu)時(shí)可能遇到的問題。2、（本題5分）探討一個(gè)用于在哈希表中進(jìn)行負(fù)載均衡的動態(tài)調(diào)整算法。描述哈希表的負(fù)載情況和不平衡的影響，解釋動態(tài)調(diào)整算法的原理和步驟，計(jì)算其時(shí)間和空間復(fù)雜度，討論在高并發(fā)環(huán)境下的應(yīng)用和優(yōu)化。3、（本題5分）給定一個(gè)整數(shù)數(shù)組，其中一些元素是重復(fù)的，設(shè)計(jì)一個(gè)算法去除重復(fù)元素并返回新的數(shù)組。分析算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度，并討論在數(shù)組元素分布不均勻時(shí)的性能表現(xiàn)。4、（本題5分）給定一個(gè)整數(shù)數(shù)組和一個(gè)目標(biāo)值，設(shè)計(jì)算法找出數(shù)組中三個(gè)數(shù)，使其和最接近目標(biāo)值。分析算法的實(shí)現(xiàn)和復(fù)雜度。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法來找出一個(gè)n×n矩陣中的鞍點(diǎn)（即該元素在所在行最小且在所在列最大）。分析算法的時(shí)間和空間