皖西學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學(xué)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頁皖西學(xué)院

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計》2023-2024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個小題，每小題1分，共30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)計一個數(shù)字頻率計高精度與多功能電路，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的頻率測量，并同時顯示周期、占空比等參數(shù)。2、堆是一種特殊的樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常用于實現(xiàn)優(yōu)先隊列。在堆的操作中，以下描述錯誤的是（）A.大根堆中，根節(jié)點的值大于其左右子節(jié)點的值B.小根堆中，根節(jié)點的值小于其左右子節(jié)點的值C.可以通過堆排序算法對數(shù)組進行排序D.堆的插入和刪除操作時間復(fù)雜度為O(n)3、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場景中，假設(shè)我們正在開發(fā)一個在線圖書館管理系統(tǒng)，需要高效地存儲和檢索大量的圖書信息，包括書名、作者、出版年份、分類等。為了能夠快速根據(jù)書名或作者查找特定的圖書，同時能夠方便地按照出版年份進行排序和瀏覽，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲這些圖書數(shù)據(jù)？（）A.數(shù)組B.鏈表C.二叉搜索樹D.哈希表4、設(shè)計一個基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境溫度，并通過控制加熱或制冷設(shè)備將溫度穩(wěn)定在設(shè)定值的±1℃范圍內(nèi)。5、設(shè)計一個基于FPGA的圖像縮放系統(tǒng)，能夠?qū)斎雸D像進行任意比例的縮放。6、圖是一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于表示對象之間的關(guān)系。在圖的存儲方式中，鄰接矩陣和鄰接表是常見的兩種方法。對于一個具有n個頂點的無向圖，如果采用鄰接矩陣存儲，其空間復(fù)雜度為：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(n^3)7、設(shè)計一個基于運算放大器的求和放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)多個輸入信號的加權(quán)求和。8、設(shè)計一個數(shù)字移相器，能夠?qū)崿F(xiàn)0至180度的連續(xù)相移，相移精度為0.1度，給出電路結(jié)構(gòu)和控制方法。9、設(shè)計一個音頻均衡器，能夠?qū)Σ煌l段的音頻信號進行增益調(diào)節(jié)，給出電路設(shè)計和調(diào)試結(jié)果。10、在一個有向圖中，若存在頂點v到頂點u的路徑，同時也存在u到v的路徑，則稱該圖具有？（）A.強連通性B.弱連通性C.單向連通性D.以上都不對11、設(shè)計一個基于555定時器的脈沖產(chǎn)生電路，輸出頻率和占空比可調(diào)，給出電路原理圖和參數(shù)計算方法，分析其穩(wěn)定性和應(yīng)用場景。12、設(shè)計一個溫度報警器電路，當(dāng)環(huán)境溫度超過設(shè)定值時，發(fā)出聲光報警信號，報警溫度可設(shè)置。13、設(shè)計一個基于數(shù)字信號處理的音頻分離系統(tǒng)，將混合音頻中的不同聲音成分分離出來。14、棧是一種特殊的線性表，其操作遵循后進先出的原則。關(guān)于棧的應(yīng)用，以下說法錯誤的是（）A.?？梢杂糜诒磉_式求值B.?？梢杂糜趯崿F(xiàn)函數(shù)調(diào)用時的參數(shù)傳遞和返回地址保存C.?？梢杂糜趯⑦f歸算法轉(zhuǎn)換為非遞歸算法D.棧不適合用于判斷一個字符串是否是回文15、隊列可以用于實現(xiàn)廣度優(yōu)先搜索算法，以下關(guān)于隊列在該算法中的作用，描述不正確的是：（）A.隊列用于存儲待擴展的節(jié)點，按照先進先出的順序進行擴展B.隊列可以保證搜索的廣度優(yōu)先性，即先訪問距離起始節(jié)點近的節(jié)點C.隊列在搜索過程中不需要進行任何操作，只在開始和結(jié)束時使用D.隊列的容量大小對搜索的效率和結(jié)果沒有影響16、當(dāng)需要存儲和處理一個無向圖的鄰接信息時，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常被使用？（）A.鄰接矩陣B.鄰接表C.哈希表D.二叉樹17、設(shè)計一個太陽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。18、設(shè)計一個基于ARM的嵌入式圖像識別系統(tǒng)，能夠?qū)μ囟繕?biāo)進行識別和分類，闡述系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和算法實現(xiàn)。19、設(shè)計一個音頻功率放大器的保護電路，包括過流保護、過熱保護和短路保護，給出電路結(jié)構(gòu)和工作原理。20、想象一個需要對大量文本進行詞頻統(tǒng)計的任務(wù)，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以高效地存儲和查詢詞頻信息？（）A.二叉樹，構(gòu)建和查詢效率一般B.哈希表，能夠快速插入和查找詞頻C.鏈表，插入和查找操作效率低D.數(shù)組，不便于動態(tài)添加和查找不同的詞21、采用模擬電子技術(shù)設(shè)計一個高精度電流源，提供穩(wěn)定的輸出電流，具有良好的負載調(diào)整率。22、設(shè)計一個電子密碼鎖電路，要求具有密碼設(shè)置、密碼輸入、密碼驗證和開鎖功能，密碼長度為6位數(shù)字。23、對于一個順序存儲的線性表，要在表頭插入一個新元素，需要移動的元素個數(shù)為？（）A.0B.1C.nD.n-124、設(shè)計一個圖像處理中的圖像壓縮率失真優(yōu)化方案，分析壓縮效率和圖像質(zhì)量的平衡。25、堆排序是基于二叉堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的排序算法。假設(shè)我們正在使用堆排序?qū)?shù)組進行排序。以下關(guān)于堆排序的描述，哪一項是不準確的？（）A.堆排序首先將數(shù)組構(gòu)建成一個最大堆或最小堆，然后逐步取出堆頂元素并調(diào)整堆B.堆排序的時間復(fù)雜度為O(nlogn)，空間復(fù)雜度為O(1)C.堆排序在排序過程中不需要額外的輔助空間，是一種原地排序算法D.堆排序適用于對大規(guī)模數(shù)據(jù)進行排序，但在數(shù)據(jù)量較小時性能不如其他排序算法26、設(shè)計一個無線通信收發(fā)系統(tǒng)，工作頻率在2.4GHz，采用FSK調(diào)制解調(diào)方式，通信距離達到100米，詳細闡述系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)。27、設(shè)計一個基于單片機的智能家電能耗監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測家電的用電情況并進行數(shù)據(jù)分析。28、設(shè)計一個音頻功率放大器，采用AB類放大方式，在8Ω負載下輸出功率不小于80W，給出電路設(shè)計和散熱考慮。29、設(shè)計一個基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能溫室控制系統(tǒng)，能夠精確控制溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，提高作物產(chǎn)量。30、設(shè)計一個音頻均衡器，能夠?qū)Σ煌l段的音頻信號進行增益調(diào)節(jié)，給出系統(tǒng)方案和濾波器設(shè)計。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個圖書館的圖書借閱系統(tǒng)需要記錄讀者的借閱信息、歸還日期和逾期情況。設(shè)計合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理這些信息，能夠快速地查詢讀者的借閱記錄、提醒讀者歸還圖書，并統(tǒng)計圖書的借閱頻率。2、（本題5分）一個學(xué)校的教材管理系統(tǒng)需要存儲教材的信息，包括教材編號、教材名稱、作者、出版社、庫存數(shù)量、已預(yù)訂數(shù)量等。系統(tǒng)要支持快速查找特定教材、按照庫存數(shù)量對教材進行排序、新增教材采購、修改預(yù)訂數(shù)量、刪除不再使用的教材。請確定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細闡述算法和代碼實現(xiàn)，以及性能優(yōu)化策略。3、（本題5分）某城市的公共自行車租賃管理系統(tǒng)需要存儲自行車的信息，如自行車編號、租賃點編號、是否可用、租賃時間、歸還時間等。系統(tǒng)要能夠快速查找可用自行車、按照租賃時間對自行車進行排序、記錄自行車的租賃和歸還操作、統(tǒng)計租賃次數(shù)。請設(shè)計合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并提供代碼實現(xiàn)和性能分析。4、（本題5分）在一個在線考試的監(jiān)考系統(tǒng)中，需要實時記錄考生的答題情況、交卷時間、是否作弊等信息。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保障考試的公平性和數(shù)據(jù)的準確性，支持對考生答題過程的監(jiān)控和異常情況的處理。5、（本題5分）某公司的員工管理系統(tǒng)需要存儲員工的基本信息，如員工編號、姓名、年齡、職位、工資等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定員工的信息、按照工資高低對員工進行排序、新增和刪除員工記錄，并且支持對員工信息的修改。請確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細闡述如何實現(xiàn)這些功能，包括算法設(shè)計和代碼實現(xiàn)，以及對性能的分析。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）闡述隊列在數(shù)據(jù)緩存中的應(yīng)用，如文件讀取、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收等，并解釋其作用。2、（本題5分）解釋什么是基數(shù)樹（RadixTree）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，說明其特點和應(yīng)用場景，并闡述如何進行插入和查找操作。3、（本題5分）解釋線段樹在處理區(qū)間最大值和最小值查詢時的不同策略。4、（本題5分）詳細闡述如何在一個鏈表中