正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析課程設(shè)計(jì)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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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、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)存儲、組織數(shù)據(jù)的方式。在研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，線性表是一種基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于線性表的描述，錯(cuò)誤的是（）A.線性表可以順序存儲，也可以鏈?zhǔn)酱鎯.順序存儲的線性表可以隨機(jī)訪問任意元素，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)C.鏈?zhǔn)酱鎯Φ木€性表在插入和刪除操作時(shí)，不需要移動大量元素，效率較高D.線性表的長度是固定的，不能動態(tài)變化2、二叉樹的遍歷可以通過遞歸和非遞歸方式實(shí)現(xiàn)。對于中序遍歷，以下哪種非遞歸實(shí)現(xiàn)方式是常見的？（）A.使用棧來輔助B.使用隊(duì)列來輔助C.直接遍歷D.無法非遞歸實(shí)現(xiàn)3、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)程序，用于管理學(xué)生的成績信息，包括學(xué)號、姓名、各科成績等。需要支持快速插入新的學(xué)生成績、按照成績進(jìn)行排序以及查找特定學(xué)生的成績。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組合可能是最理想的？（）A.使用鏈表存儲學(xué)生信息，再使用冒泡排序進(jìn)行排序B.用數(shù)組存儲學(xué)生信息，采用快速排序算法排序C.構(gòu)建二叉搜索樹來存儲學(xué)生信息，實(shí)現(xiàn)快速查找和排序D.利用哈希表存儲學(xué)生信息，不進(jìn)行排序操作4、設(shè)計(jì)一個(gè)用于新能源汽車電池管理的均衡電路，提高電池組的使用壽命和性能，給出電路原理和控制策略。5、設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚和遠(yuǎn)程傳輸。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字圖像處理的醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)，能夠輔助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷和治療。7、棧是一種特殊的線性表，遵循后進(jìn)先出的原則。在程序設(shè)計(jì)中，棧有著廣泛的應(yīng)用。例如，在表達(dá)式求值、函數(shù)調(diào)用等場景中經(jīng)常使用棧?？紤]一個(gè)表達(dá)式：(3+5)*2-7，使用棧來計(jì)算這個(gè)表達(dá)式的值。在計(jì)算過程中，當(dāng)遇到運(yùn)算符''時(shí)，以下正確的操作是：（）A.直接將''輸出B.從棧中彈出兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算C.將''壓入棧中D.忽略''，繼續(xù)處理后面的字符8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙的智能手環(huán)，能夠監(jiān)測心率、運(yùn)動步數(shù)和睡眠質(zhì)量，并通過手機(jī)APP顯示，描述硬件和軟件設(shè)計(jì)。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對燈光、窗簾、空調(diào)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能場景切換功能。10、利用模擬電路技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)用于激光打印機(jī)的高壓電源電路，為激光發(fā)生器提供穩(wěn)定的高壓。11、設(shè)計(jì)一個(gè)用于醫(yī)療儀器的信號放大器，能夠放大微弱的生理信號，如心電、腦電等，給出電路設(shè)計(jì)和噪聲抑制方法。12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對物料輸送、加工、裝配等環(huán)節(jié)的順序控制和故障報(bào)警。13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的物料輸送系統(tǒng)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的物料需求實(shí)現(xiàn)自動輸送和分揀功能。14、設(shè)計(jì)一個(gè)低通有源濾波器電路，截止頻率為2kHz，通帶增益為2倍，通帶波紋小于0.8dB，阻帶衰減不小于40dB，輸入信號頻率范圍為0-5kHz。15、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)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)定范圍內(nèi)，給出硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)。16、考慮一個(gè)物流配送系統(tǒng)，需要規(guī)劃車輛的行駛路線，使得配送成本最小。假設(shè)城市之間的道路可以表示為一個(gè)有權(quán)圖，以下哪種算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用于解決這個(gè)問題？（）A.深度優(yōu)先搜索算法和鄰接矩陣B.廣度優(yōu)先搜索算法和鄰接表C.迪杰斯特拉算法和優(yōu)先隊(duì)列D.弗洛伊德算法和數(shù)組17、考慮一個(gè)在線游戲的服務(wù)器端程序，需要實(shí)時(shí)地處理多個(gè)玩家的操作請求，并維護(hù)玩家的狀態(tài)信息，如位置、得分等。由于玩家的操作頻繁且并發(fā)，數(shù)據(jù)需要快速地更新和查詢。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲玩家的狀態(tài)數(shù)據(jù)？（）A.數(shù)組，能夠快速地隨機(jī)訪問元素B.哈希表，通過哈希函數(shù)快速定位玩家的數(shù)據(jù)C.圖，用于表示玩家之間的關(guān)系和交互D.樹狀數(shù)組，高效地支持區(qū)間查詢和更新18、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像增強(qiáng)系統(tǒng)，能夠提高圖像的對比度和亮度，說明算法和硬件實(shí)現(xiàn)。19、對于一個(gè)有n個(gè)頂點(diǎn)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)20、設(shè)計(jì)一個(gè)基于傳感器的智能車位檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)檢測車位的占用情況，并將信息顯示在顯示屏上。21、設(shè)計(jì)一個(gè)基于555定時(shí)器的方波發(fā)生器，輸出頻率在100Hz至1kHz連續(xù)可調(diào)，說明電路原理和元件選擇。22、以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于實(shí)現(xiàn)LRU（最近最少使用）緩存淘汰策略？（）A.數(shù)組B.鏈表C.哈希表D.棧23、樹是一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有層次關(guān)系。以下關(guān)于樹的描述，不正確的是：（）A.二叉樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，分為左子節(jié)點(diǎn)和右子節(jié)點(diǎn)B.二叉搜索樹的左子樹中的節(jié)點(diǎn)值小于根節(jié)點(diǎn)值，右子樹中的節(jié)點(diǎn)值大于根節(jié)點(diǎn)值，便于快速查找、插入和刪除C.平衡二叉樹通過自動調(diào)整保持樹的平衡，提高了查找效率，但插入和刪除操作相對復(fù)雜D.樹的遍歷方式包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷，且每種遍歷方式的時(shí)間復(fù)雜度都是相同的，與樹的結(jié)構(gòu)無關(guān)24、設(shè)計(jì)一個(gè)光控開關(guān)電路，當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度低于一定值時(shí)，自動打開照明設(shè)備，當(dāng)光照強(qiáng)度高于一定值時(shí)，自動關(guān)閉照明設(shè)備。25、設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)中的調(diào)制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入模擬信號的ASK調(diào)制，并分析其調(diào)制性能和頻譜特性。二、簡答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）解釋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中棧的應(yīng)用場景，如括號有效性檢查、網(wǎng)頁歷史記錄管理等，并說明其原理。2、（本題5分）解釋圖的有向圖和無向圖的區(qū)別，以及在實(shí)際應(yīng)用中的不同情況。3、（本題5分）探討在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的有向圖中，如何計(jì)算頂點(diǎn)的拓?fù)渑判蛐蛄小?、（本題5分）論述AVL樹在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，如何保持二叉搜索樹的性質(zhì)和中序遍歷的順序不變。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）基于樹狀數(shù)組和線段樹的組合，設(shè)計(jì)一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)對一個(gè)二維整數(shù)矩陣的區(qū)域求和和更新操作。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用后綴數(shù)組進(jìn)行文本相似度的比較。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)字符串中找出所有不包含重復(fù)單詞的最長子串。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)哈希表程序，采用開放尋址法的優(yōu)化版本處理哈希沖突，提高性能并展示操作過程和結(jié)果。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用堆排序算法對一個(gè)有向圖的入度進(jìn)行排序。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）某公司的庫存管理系統(tǒng)需要記錄原材料、半成品和成品的庫存數(shù)量、成本和存放位置等信息。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些信息，實(shí)現(xiàn)庫存的入庫、出庫、盤點(diǎn)和成本核算操作，并能夠根據(jù)銷售預(yù)測和生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行庫存預(yù)警和補(bǔ)貨建議。2、（本題10分）一個(gè)學(xué)校的社團(tuán)管理系統(tǒng)需要存儲社團(tuán)的信息，如社團(tuán)編號、社團(tuán)名稱、社團(tuán)負(fù)責(zé)人、社團(tuán)成員名單、活動安排等。系統(tǒng)要支持快速查找特定社團(tuán)、按照社團(tuán)成員數(shù)量對社團(tuán)進(jìn)行排序、社團(tuán)納