中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）《算法設(shè)計(jì)與分析》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）

《算法設(shè)計(jì)與分析》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)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、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(duì)不同輸入數(shù)據(jù)的適應(yīng)性D.以上因素都需要考慮2、考慮一個(gè)矩陣乘法問題，需要計(jì)算兩個(gè)大規(guī)模矩陣的乘積。如果采用傳統(tǒng)的直接計(jì)算方法，時(shí)間復(fù)雜度較高。為了提高計(jì)算效率，可以采用以下哪種算法？（）A.Strassen算法B.冒泡排序算法C.插入排序算法D.選擇排序算法3、某算法需要對(duì)一個(gè)n階矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，即將矩陣的行和列互換。如果要實(shí)現(xiàn)高效的矩陣轉(zhuǎn)置，以下哪種方法可能是最優(yōu)的？（）A.逐個(gè)元素進(jìn)行交換B.按行或列進(jìn)行批量交換C.利用臨時(shí)矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置D.根據(jù)矩陣的特點(diǎn)選擇不同的方法4、動(dòng)態(tài)規(guī)劃是一種解決多階段決策問題的優(yōu)化算法。以下關(guān)于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.通過保存已解決子問題的結(jié)果來避免重復(fù)計(jì)算B.適用于具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)和重疊子問題的問題C.動(dòng)態(tài)規(guī)劃的求解過程通常是自頂向下的D.能夠有效地降低問題的計(jì)算復(fù)雜度5、考慮一個(gè)用于查找數(shù)組中第k小元素的算法。以下哪種算法可以在平均情況下以O(shè)(n)的時(shí)間復(fù)雜度完成這個(gè)任務(wù)（）A.冒泡排序后選擇B.快速排序的變體C.插入排序D.以上算法都不行6、歸并排序是另一種常見的排序算法。以下關(guān)于歸并排序的說法，錯(cuò)誤的是：（）A.歸并排序的基本思想是將待排序的序列分成兩個(gè)子序列，分別進(jìn)行排序，然后將兩個(gè)有序子序列合并成一個(gè)有序序列B.歸并排序是一種穩(wěn)定的排序算法C.歸并排序在最壞、最好和平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度均為O(nlogn)D.歸并排序的空間復(fù)雜度為O(1)，因?yàn)樗谂判蜻^程中不需要額外的存儲(chǔ)空間7、貪心算法是一種在每一步都做出當(dāng)前看起來最優(yōu)的選擇的算法。以下關(guān)于貪心算法的說法，不準(zhǔn)確的是：（）A.貪心算法并不一定能得到全局最優(yōu)解，但在某些情況下可以得到近似最優(yōu)解B.貪心算法的正確性通常依賴于問題的特定性質(zhì)和貪心選擇的策略C.貪心算法在每一步做出的選擇不會(huì)影響后續(xù)步驟的最優(yōu)選擇D.貪心算法總是能夠在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)得到最優(yōu)解8、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(huì)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9、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(huì)提高效率10、歸并排序的遞歸實(shí)現(xiàn)中，每次將數(shù)組分成兩部分，那么遞歸的深度是多少？（）A.O(1)B.O(logn)C.O(n)D.O(nlogn)11、在排序算法中，冒泡排序、插入排序和選擇排序都屬于簡單的排序算法。假設(shè)我們要對(duì)一個(gè)小型數(shù)組進(jìn)行排序。以下關(guān)于這三種排序算法的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.冒泡排序通過反復(fù)比較相鄰元素并交換位置，將最大的元素逐步“浮”到數(shù)組的末尾B.插入排序?qū)⒋判虻脑刂饌€(gè)插入到已排序的部分中，適合于部分有序的數(shù)組C.選擇排序在每一輪選擇未排序部分的最小元素，并與當(dāng)前位置的元素交換D.在任何情況下，這三種排序算法的時(shí)間復(fù)雜度都是相同的，沒有優(yōu)劣之分12、在一個(gè)算法的設(shè)計(jì)中，需要在時(shí)間效率和空間效率之間進(jìn)行權(quán)衡。如果對(duì)算法的運(yùn)行時(shí)間要求較高，而對(duì)空間的使用相對(duì)不太敏感，以下哪種策略可能更合適？（）A.優(yōu)先優(yōu)化時(shí)間復(fù)雜度，適當(dāng)增加空間復(fù)雜度B.優(yōu)先優(yōu)化空間復(fù)雜度，適當(dāng)降低時(shí)間復(fù)雜度C.同時(shí)優(yōu)化時(shí)間和空間復(fù)雜度，保持平衡D.不進(jìn)行任何優(yōu)化，使用最簡單的算法13、在一個(gè)圖像處理任務(wù)中，需要對(duì)一幅圖像進(jìn)行邊緣檢測?？紤]到算法的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率，以下哪種邊緣檢測算法可能是最適合的？（）A.Sobel算子，計(jì)算簡單但對(duì)噪聲敏感B.Canny算子，綜合了多種優(yōu)化策略，檢測效果較好但計(jì)算復(fù)雜度較高C.Roberts算子，簡單快速但檢測效果相對(duì)較弱D.Prewitt算子，與Sobel算子類似，對(duì)噪聲較敏感14、當(dāng)使用隨機(jī)化算法來解決一個(gè)問題時(shí)，例如隨機(jī)快速排序，以下關(guān)于其性能的描述，哪個(gè)是正確的（）A.每次運(yùn)行結(jié)果相同B.平均性能較好C.總是比確定性算法快D.以上都不對(duì)15、在算法的正確性證明中，通常使用數(shù)學(xué)歸納法或者反證法。假設(shè)要證明一個(gè)排序算法的正確性，以下哪種方法可能更常用（）A.數(shù)學(xué)歸納法B.反證法C.兩者使用頻率相同D.以上方法都不常用16、在算法的比較和選擇中，以下關(guān)于選擇算法的依據(jù)描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.問題的規(guī)模和特點(diǎn)B.算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度C.實(shí)現(xiàn)算法的難易程度D.只根據(jù)算法的知名度來選擇17、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決背包問題的變種，例如允許物品可以被分割成部分放入背包。在這種情況下，以下哪種策略可能有助于提高算法的性能？（）A.動(dòng)態(tài)規(guī)劃B.貪心算法C.回溯法D.分治法18、想象一個(gè)需要在一組未排序的整數(shù)數(shù)組中查找第K小的元素的問題。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.先對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序，然后直接找到第K個(gè)元素，但排序的時(shí)間復(fù)雜度較高B.使用快速選擇算法，基于快速排序的思想，平均時(shí)間復(fù)雜度較低，能有效地找到第K小的元素C.構(gòu)建一個(gè)最大堆，然后進(jìn)行K次刪除操作，時(shí)間復(fù)雜度相對(duì)較高D.遍歷數(shù)組，逐個(gè)比較找到第K小的元素，效率低下19、在算法設(shè)計(jì)中，NP完全問題是一類具有重要理論和實(shí)際意義的問題。以下關(guān)于NP完全問題的描述，不正確的是：（）A.NP完全問題是指那些在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可以驗(yàn)證一個(gè)解是否正確，但在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)不一定能找到解的問題B.如果一個(gè)問題是NP完全問題，那么目前還沒有找到多項(xiàng)式時(shí)間的算法來解決它C.旅行商問題（TSP）和背包問題都是典型的NP完全問題D.對(duì)于NP完全問題，我們可以通過一些啟發(fā)式算法來找到近似最優(yōu)解，并且這些近似解的質(zhì)量可以接近最優(yōu)解20、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決在一個(gè)n×n的矩陣中查找一個(gè)特定值是否存在。以下哪種算法可能是最有效的？（）A.按行或列依次遍歷矩陣B.從矩陣的左上角和右下角同時(shí)開始進(jìn)行二分查找C.對(duì)矩陣進(jìn)行預(yù)處理，例如構(gòu)建索引，然后進(jìn)行查找D.隨機(jī)選擇矩陣中的元素進(jìn)行比較21、在算法的效率優(yōu)化中，緩存（Cache）的使用可以顯著提高性能。以下關(guān)于緩存的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.緩存是一種高速的存儲(chǔ)區(qū)域，用于存儲(chǔ)最近訪問的數(shù)據(jù)，以減少對(duì)慢速主存的訪問次數(shù)B.緩存的命中率越高，算法的性能提升就越明顯C.緩存的大小和替換策略對(duì)算法的性能有重要影響D.只要使用了緩存，算法的時(shí)間復(fù)雜度就一定會(huì)降低22、在算法設(shè)計(jì)中，時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度是衡量算法性能的重要指標(biāo)。假設(shè)需要對(duì)一個(gè)包含n個(gè)元素的數(shù)組進(jìn)行排序，以下哪種排序算法在平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，但空間復(fù)雜度為O(1)（）A.冒泡排序B.快速排序C.歸并排序D.堆排序23、在算法的正確性證明中，以下關(guān)于證明方法的描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.可以使用數(shù)學(xué)歸納法進(jìn)行證明B.通過反證法來證明算法的正確性C.只需要對(duì)一些典型的輸入進(jìn)行測試就能證明算法的正確性D.正確性證明需要基于嚴(yán)格的邏輯推理和數(shù)學(xué)理論24、在算法的可擴(kuò)展性方面，以下關(guān)于可擴(kuò)展算法的描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.能夠有效地處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜問題B.當(dāng)問題規(guī)模增加時(shí)，性能不會(huì)急劇下降C.可擴(kuò)展算法的設(shè)計(jì)通常比較復(fù)雜D.所有的算法都可以很容易地實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性25、在一個(gè)數(shù)據(jù)壓縮任務(wù)中，需要將大量的文本數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以減少存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬。同時(shí)，要求壓縮和解壓縮的速度都要盡可能快。以下哪種壓縮算法可能是最適合的？（）A.哈夫曼編碼，基于字符出現(xiàn)的頻率構(gòu)建編碼B.LZ77算法，通過查找重復(fù)的字符串進(jìn)行壓縮C.算術(shù)編碼，基于概率模型進(jìn)行編碼D.以上算法結(jié)合使用，根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇最優(yōu)方案26、假設(shè)正在研究一個(gè)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的應(yīng)用，通過保存子問題的解來避免重復(fù)計(jì)算。以下哪個(gè)問題通常可以用動(dòng)態(tài)規(guī)劃有效地解決？（）A.最長公共子序列問題B.八皇后問題C.漢諾塔問題D.以上問題都不適合用動(dòng)態(tài)規(guī)劃27、算法的時(shí)間復(fù)雜度通常用大O記號(hào)表示，它描述了算法運(yùn)行時(shí)間隨輸入規(guī)模的增長趨勢。以下關(guān)于時(shí)間復(fù)雜度的說法中，錯(cuò)誤的是：時(shí)間復(fù)雜度越低的算法，在實(shí)際運(yùn)行中一定比時(shí)間復(fù)雜度高的算法快。不同的算法可能具有相同的時(shí)間復(fù)雜度，但實(shí)際運(yùn)行效率可能不同。那么，下列關(guān)于時(shí)間復(fù)雜度的說法錯(cuò)誤的是（）A.常見的時(shí)間復(fù)雜度有O(1)、O(n)、O(n2)等B.算法的時(shí)間復(fù)雜度只考慮最壞情況下的運(yùn)行時(shí)間C.對(duì)于大規(guī)模輸入，時(shí)間復(fù)雜度低的算法更具優(yōu)勢D.時(shí)間復(fù)雜度可以通過分析算法的執(zhí)行步驟來確定28、在算法設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要對(duì)問題進(jìn)行簡化和抽象。假設(shè)要解決一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際問題，首先應(yīng)該（）A.直接應(yīng)用現(xiàn)有的算法B.對(duì)問題進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)建模C.忽略一些次要因素，抓住主要問題特征D.以上方法都不對(duì)29、在字符串匹配算法中，KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法是一種高效的算法。以下關(guān)于KMP算法的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.利用了已經(jīng)匹配的部分信息來避免不必要的回溯B.時(shí)間復(fù)雜度為O(m+n)，其中m是模式串長度，n是主串長度C.其核心是構(gòu)建一個(gè)next數(shù)組來指導(dǎo)匹配過程D.KMP算法的空間復(fù)雜度高于樸素的字符串匹配算法30、在哈希表的實(shí)現(xiàn)中，哈希函數(shù)的選擇至關(guān)重要。以下關(guān)于哈希函數(shù)的描述，不正確的是：（）A.一個(gè)好的哈希函數(shù)應(yīng)該能夠?qū)⒉煌妮斎胫稻鶆虻赜成涞焦１淼牟煌恢?，以減少?zèng)_突B.常見的哈希函數(shù)包括直接定址法、除留余數(shù)法、數(shù)字分析法等C.哈希函數(shù)的計(jì)算速度應(yīng)該很快，以提高哈希表的插入和查找效率D.一旦選擇了哈希函數(shù)，就不能更改，否則會(huì)導(dǎo)致哈希表中的數(shù)據(jù)丟失二、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）給定一個(gè)字符串和一個(gè)整數(shù)k，設(shè)計(jì)一個(gè)算法找出字符串中所有長度為k且出現(xiàn)次數(shù)最多的子串。分析算法的復(fù)雜度，并討論如何處理字符串的重復(fù)子串。2、（本題5分）考慮一個(gè)用于在字符串中進(jìn)行近似字符串匹配的編輯距離閾值算法。描述近似匹配的要求和閾值的作用，解釋算法的實(shí)現(xiàn)思路和優(yōu)化方法，計(jì)算其時(shí)間和空間復(fù)雜度，討論在容錯(cuò)文本處理中的應(yīng)用。3、（本題5分）對(duì)冒泡排序算法的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。通過實(shí)例說明在何種情況下冒泡排序能保持元素的相對(duì)順序，并計(jì)算穩(wěn)定性帶來的額外開銷。4、（本題5分）設(shè)計(jì)算法來合并K個(gè)已排序的鏈表。例如，有3個(gè)已排序的鏈表分別為[1,3,5],[2,4,6],[7,8,9]。分析使用歸并排序的思想和優(yōu)先隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決此問題的算法流程，比較它們的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，并討論在實(shí)際應(yīng)用中的選擇策略。5、（本題5分）有一個(gè)包含n個(gè)元素的集合，設(shè)計(jì)一個(gè)算法找出其中所有不重復(fù)的子集