中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》2022-2023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)一二三四總分得分批閱人一、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、設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP的音頻降噪系統(tǒng)，能夠有效降低背景噪聲，給出算法原理和代碼實(shí)現(xiàn)。2、字符串匹配是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，KMP算法是一種高效的字符串匹配算法。假設(shè)主串為"ABABDABACDABABCABAB"，模式串為"ABABCABAB"，使用KMP算法進(jìn)行匹配，以下關(guān)于匹配過(guò)程的描述，哪個(gè)是正確的？（）A.不需要回溯主串指針B.每次匹配失敗都回溯主串指針到起始位置C.只回溯模式串指針，不回溯主串指針D.同時(shí)回溯主串指針和模式串指針3、設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的小型路由器，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，配置相關(guān)路由協(xié)議。4、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)資源分配系統(tǒng)，需要管理有限的資源，并根據(jù)請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間進(jìn)行分配。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地支持資源的分配和管理？（）A.最小堆，獲取最小優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求B.最大堆，處理最高優(yōu)先級(jí)的請(qǐng)求C.鏈表，順序分配資源D.數(shù)組，通過(guò)索引分配資源5、考慮到一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的索引結(jié)構(gòu)，為了能夠快速地進(jìn)行范圍查詢(xún)和隨機(jī)訪問(wèn)，同時(shí)保持較好的空間利用率和插入、刪除性能，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)被采用？（）A.B+樹(shù)B.紅黑樹(shù)C.AVL樹(shù)D.字典樹(shù)6、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字音頻處理中的音頻特效生成和控制模塊，分析特效的多樣性和可控性。7、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘電路，能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)、分、秒，具有校時(shí)功能，并使用數(shù)碼管或液晶顯示屏進(jìn)行顯示，提供詳細(xì)的電路原理圖和程序代碼。8、字符串在計(jì)算機(jī)程序中經(jīng)常被處理。假設(shè)我們正在對(duì)兩個(gè)字符串進(jìn)行操作。以下關(guān)于字符串的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.字符串的存儲(chǔ)方式可以是字符數(shù)組或字符指針B.字符串的比較可以通過(guò)逐個(gè)字符比較來(lái)實(shí)現(xiàn)C.字符串的常見(jiàn)操作包括查找、替換、拼接等，它們的時(shí)間復(fù)雜度通常與字符串的長(zhǎng)度成正比D.所有的字符串操作算法的時(shí)間復(fù)雜度都是最優(yōu)的，無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤濕度自動(dòng)控制灌溉設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān)閉。10、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)，支持多種數(shù)字調(diào)制方式（如8PSK、64QAM等）。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像縮放、旋轉(zhuǎn)、灰度化等基本操作。12、在處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)用到一些高級(jí)的技術(shù)和概念。以下關(guān)于高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.并查集是一種用于處理集合合并和查詢(xún)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常用于解決連通性問(wèn)題B.線段樹(shù)可以用于高效地處理區(qū)間查詢(xún)和更新操作，例如求區(qū)間和、區(qū)間最大值等C.字典樹(shù)（Trie樹(shù)）適用于字符串的存儲(chǔ)和查找，能夠快速判斷一個(gè)字符串是否存在D.高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)通常只適用于特定的領(lǐng)域和問(wèn)題，在一般的編程中很少用到13、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。14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字電位器和運(yùn)放的音頻增益自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)輸入信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整增益。15、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信收發(fā)系統(tǒng)，工作在特定頻段，采用合適的調(diào)制解調(diào)方式，實(shí)現(xiàn)短距離的數(shù)據(jù)傳輸，并分析其性能。16、在二叉樹(shù)的應(yīng)用中，二叉查找樹(shù)常用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)集合的操作。以下關(guān)于二叉查找樹(shù)的操作，錯(cuò)誤的是（）A.查找操作通過(guò)比較節(jié)點(diǎn)值，沿著合適的子樹(shù)進(jìn)行B.插入操作可能會(huì)破壞二叉查找樹(shù)的性質(zhì)，需要進(jìn)行調(diào)整C.刪除操作總是刪除葉子節(jié)點(diǎn)，不會(huì)影響樹(shù)的結(jié)構(gòu)D.可以通過(guò)中序遍歷得到有序的節(jié)點(diǎn)值序列17、設(shè)計(jì)一個(gè)基于無(wú)線通信技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)與灌溉控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理。18、設(shè)計(jì)一個(gè)可編程邏輯器件（PLD）實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單數(shù)字邏輯功能，如加法器、計(jì)數(shù)器等，進(jìn)行功能驗(yàn)證和性能評(píng)估。19、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠?qū)φZ(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行降噪處理，給出系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件算法實(shí)現(xiàn)。20、設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音的采集、濾波和壓縮編碼，闡述系統(tǒng)框架和算法實(shí)現(xiàn)。21、在數(shù)組實(shí)現(xiàn)的順序隊(duì)列中，front指針指向隊(duì)頭元素，rear指針指向隊(duì)尾元素的下一個(gè)位置。假設(shè)隊(duì)列的最大容量為10，初始時(shí)front=rear=0。進(jìn)行了5次入隊(duì)操作和3次出隊(duì)操作后，隊(duì)列中的元素個(gè)數(shù)是多少？（）A.2B.3C.5D.822、設(shè)計(jì)一個(gè)高頻功率放大器電路，工作頻率在100MHz以上，輸出功率不小于10W，效率不低于50%，給出電路結(jié)構(gòu)和調(diào)試方法。23、在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)包按照到達(dá)的順序被處理，但是某些高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包需要優(yōu)先處理。為了實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)先級(jí)處理機(jī)制，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以被應(yīng)用？（）A.優(yōu)先級(jí)隊(duì)列B.單調(diào)隊(duì)列C.循環(huán)隊(duì)列D.有序數(shù)組24、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能路燈控制器智能管理與節(jié)能優(yōu)化電路，能夠?qū)崿F(xiàn)路燈的智能管理和節(jié)能優(yōu)化，提高能源利用效率。25、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字圖像處理中的圖像增強(qiáng)算法，并在不同類(lèi)型的圖像上進(jìn)行應(yīng)用和效果評(píng)估。二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的有向圖，如何使用拓?fù)渑判蛩惴ㄅ袛嗍欠翊嬖诙鄠€(gè)合法的拓?fù)湫蛄校?、（本題5分）闡述二叉搜索樹(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)，分析其插入、刪除和查找操作的算法步驟及時(shí)間復(fù)雜度，并討論如何保持二叉搜索樹(shù)的平衡。3、（本題5分）解釋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中棧的應(yīng)用場(chǎng)景，如表達(dá)式求值、函數(shù)調(diào)用等，并說(shuō)明其原理。4、（本題5分）詳細(xì)闡述在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的有向圖中，如何處理圖中的負(fù)權(quán)邊對(duì)最短路徑算法的影響。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，使用鏈表實(shí)現(xiàn)雙向鏈表的分割功能，輸入一個(gè)雙向鏈表和一個(gè)值，將鏈表分割為兩部分。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用堆結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)一組任務(wù)按照資源需求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。3、（本題5分）設(shè)計(jì)并查集中處理動(dòng)態(tài)增加和刪除集合操作的高效算法，并測(cè)試。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，用鄰接表表示一個(gè)有向圖，判斷圖中是否存在回路。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)二叉樹(shù)中找出所有節(jié)點(diǎn)值的和為給定值的子樹(shù)。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）一個(gè)城市的公共交通系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)跟蹤公交車(chē)的位置和行駛路線，為乘客提供準(zhǔn)確的到站時(shí)間預(yù)測(cè)。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，能夠高效地處理車(chē)輛位置信息，計(jì)算到站時(shí)間。2、（本題10分）假設(shè)一個(gè)電商平臺(tái)要進(jìn)行促銷(xiāo)活動(dòng)，需要根據(jù)用戶的購(gòu)買(mǎi)歷史和瀏覽記錄為其推薦相關(guān)商品。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)用戶的行為數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)推