清華大學《數(shù)據(jù)科學基礎(chǔ)》2023-2024學年第一學期期末試卷

學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁清華大學

《數(shù)據(jù)科學基礎(chǔ)》2023-2024學年第一學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15個小題，每小題1分，共15分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、設(shè)計一個高通有源濾波器電路，截止頻率為500Hz，通帶增益為1倍，通帶波紋小于0.5dB，阻帶衰減不小于30dB，輸入信號頻率范圍為0-1kHz。2、設(shè)計一個數(shù)字通信系統(tǒng)差錯控制編碼的仿真模型，分析不同編碼方式在不同信道條件下的性能。3、在一個編譯器的符號表實現(xiàn)中，需要存儲變量名、類型、作用域等信息，并能夠快速查找、插入和刪除符號。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最適合的？（）A.紅黑樹，平衡的搜索結(jié)構(gòu)B.鏈表，動態(tài)操作方便C.棧，后進先出管理符號D.隊列，先進先出處理符號4、設(shè)計一個基于運放的指數(shù)放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號的指數(shù)放大，放大倍數(shù)可調(diào)，輸入信號頻率范圍為0-100Hz。5、設(shè)計一個數(shù)字圖像處理中的圖像增強算法，并在不同類型的圖像上進行應(yīng)用和效果評估。6、設(shè)計一個具有USB接口的數(shù)字存儲設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取，包括硬件接口設(shè)計和存儲管理軟件。7、設(shè)計一個基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測土壤濕度、溫度、酸堿度等參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚和遠程傳輸。8、設(shè)計一個基于STM32微控制器的電機調(diào)速系統(tǒng)，支持PWM調(diào)速和閉環(huán)控制，實現(xiàn)對直流電機或步進電機的精確調(diào)速，提供控制算法和程序框架。9、想象一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的緩存系統(tǒng)，數(shù)據(jù)包按照到達的先后順序存儲，并且當緩存滿時需要刪除最早到達的數(shù)據(jù)包。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合實現(xiàn)這個緩存？（）A.循環(huán)隊列，能夠?qū)崿F(xiàn)先進先出，并且容易判斷滿和空的狀態(tài)B.棧，后進先出，不符合數(shù)據(jù)包的處理順序C.優(yōu)先隊列，根據(jù)優(yōu)先級處理，不適合按到達順序處理D.圖，用于表示復(fù)雜的關(guān)系，不適合簡單的數(shù)據(jù)包緩存10、在一個具有n個節(jié)點的二叉樹中，度為0的節(jié)點（即葉子節(jié)點）數(shù)量為n0，度為2的節(jié)點數(shù)量為n2，則n0和n2之間存在什么樣的關(guān)系？（）A.n0=n2-1B.n0=n2+1C.n0=2n2D.n0=n211、設(shè)計一個溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控電路，能夠通過互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程管理。12、設(shè)計一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通信模塊，實現(xiàn)低功耗、短距離的數(shù)據(jù)傳輸，考慮節(jié)點的能耗管理。13、運用通信網(wǎng)絡(luò)原理，設(shè)計一個企業(yè)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)布線方案，確保高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。14、設(shè)計一個數(shù)字鎖相環(huán)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入信號的相位跟蹤和鎖定，給出電路設(shè)計和性能分析。15、利用模擬電路技術(shù)，設(shè)計一個用于醫(yī)療儀器的精密電流源，提供穩(wěn)定、精確的電流輸出。二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）詳細說明如何在一個具有n個元素的數(shù)組中，實現(xiàn)元素的隨機排序，分析所使用的算法和時間復(fù)雜度。2、（本題5分）解釋如何在一個鏈表中實現(xiàn)插入排序的優(yōu)化，給出算法步驟和實現(xiàn)代碼，并分析其性能改進。3、（本題5分）論述在二叉樹中如何進行層次遍歷，以及如何利用層次遍歷解決相關(guān)問題。4、（本題5分）詳細論述在利用二叉搜索樹進行刪除操作時，若刪除的節(jié)點有兩個子節(jié)點，如何選擇替代節(jié)點并保持樹的性質(zhì)。三、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某金融機構(gòu)需要對客戶的交易記錄進行分析，以檢測異常交易行為。交易記錄包括交易時間、金額、交易類型等。設(shè)計合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，能夠快速地篩選出異常交易，并進行風險評估。2、（本題5分）某城市的交通管理系統(tǒng)需要實時監(jiān)控道路的車流量，并根據(jù)車流量調(diào)整信號燈的時間。設(shè)計一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，能夠快速地統(tǒng)計各個路段的車流量，并及時更新信號燈的控制策略。3、（本題5分）某城市的公交卡充值管理系統(tǒng)需要存儲充值記錄，包括充值編號、卡號、充值金額、充值時間等。系統(tǒng)要實現(xiàn)快速查找特定卡號的充值記錄、按照充值金額對記錄進行排序、新增充值、刪除錯誤充值記錄。請確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細闡述算法和代碼實現(xiàn)，同時討論性能優(yōu)化策略。4、（本題5分）某城市的公共交通卡管理系統(tǒng)需要記錄用戶的卡信息和消費記錄，卡信息包括卡號、用戶姓名、余額等，消費記錄包括卡號、消費時間、消費金額、消費地點。請設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)卡的充值、消費查詢、余額提醒，并統(tǒng)計不同地點的消費情況。5、（本題5分）一個在線圖書館管理系統(tǒng)需要存儲大量的圖書信息，包括書名、作者、出版社、出版年份、分類等。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織這些信息，以便能夠快速地根據(jù)書名、作者或分類進行查詢，并實現(xiàn)新書的添加和舊書的刪除操作。四、設(shè)計題（本大題共4個小題，共40分)1、（本題10分）設(shè)計一個程序，利用數(shù)組實現(xiàn)計數(shù)排序的并行版本，提高排序效率并展示過程和結(jié)果。2、（本題10分）設(shè)計一個程序，以二叉樹的形式表示音樂播放列表的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)