煙臺大學《數(shù)據結構與算法》2021-2022學年第一學期期末試卷

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《數(shù)據結構與算法》2021-2022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25個小題，每小題1分，共25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、設計一個基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，實現(xiàn)JPEG壓縮算法，給出硬件設計和資源占用情況。2、運用通信網絡技術，設計一個企業(yè)內部局域網，滿足多臺計算機之間的高速數(shù)據傳輸和資源共享需求。3、根據通信原理，設計一個無線傳感器網絡的時間同步協(xié)議，確保節(jié)點之間的時間一致性。4、設計一個基于數(shù)字鎖相環(huán)的時鐘同步系統(tǒng)，能夠使多個設備的時鐘保持同步，分析其同步精度和穩(wěn)定性。5、設計一個簡單的語音識別系統(tǒng)，能夠識別特定的語音指令，并執(zhí)行相應的操作，說明系統(tǒng)架構和算法實現(xiàn)。6、設計一個數(shù)字音頻處理系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)音頻的采集、編碼、存儲和播放，具備一定的音頻特效處理功能。7、設計一個通信系統(tǒng)中的卷積編碼和解碼電路，分析其糾錯性能和對系統(tǒng)誤碼率的改善效果。8、設計一個數(shù)字電壓表，測量范圍為0至200V，采用分壓電阻實現(xiàn)，精度為1V，說明硬件電路和軟件算法。9、設計一個基于DSP的音頻降噪系統(tǒng)，能夠有效降低環(huán)境噪聲，給出算法實現(xiàn)和效果評估。10、在圖的遍歷算法中，深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索是兩種常見的方法。以下關于這兩種算法的描述，正確的是：（）A.深度優(yōu)先搜索總是先訪問距離起始節(jié)點最近的未訪問節(jié)點B.廣度優(yōu)先搜索使用棧來保存待訪問節(jié)點，深度優(yōu)先搜索使用隊列C.對于同一個圖和起始節(jié)點，深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索得到的遍歷結果一定不同D.深度優(yōu)先搜索適合用于查找圖中的連通分量，廣度優(yōu)先搜索適合用于求解最短路徑問題11、設計一個數(shù)字信號處理中FFT算法的硬件加速方案，采用FPGA或專用芯片實現(xiàn)，提高運算速度。12、當需要構建一個能夠表示家族關系的樹形數(shù)據結構時，假設每個節(jié)點代表一個家庭成員，并且需要方便地查找某個成員的祖先和后代。以下哪種樹形結構最合適？（）A.二叉樹B.二叉搜索樹C.多叉樹D.紅黑樹13、設計一個具有自動切換功能的電源系統(tǒng)，能夠在市電和備用電源之間自動切換，保證設備的正常供電，包括電路設計和控制邏輯。14、設計一個基于PLC的電梯控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電梯的上升、下降、?？?、開門、關門等邏輯控制和安全保護功能。15、設計一個數(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。16、設計一個簡單的數(shù)字時鐘電路，能夠顯示小時、分鐘和秒，具有校時功能，使用數(shù)碼管或液晶顯示屏進行顯示，同時闡述其工作原理和主要元器件的選擇。17、考慮一個在線游戲中的玩家對戰(zhàn)匹配系統(tǒng)，需要根據玩家的等級和等待時間來進行匹配。以下哪種數(shù)據結構可以高效地實現(xiàn)這個匹配過程？（）A.優(yōu)先隊列，按照等級和等待時間排序B.數(shù)組，隨機選擇匹配對象C.鏈表，逐個比較進行匹配D.二叉樹，根據等級劃分存儲18、在樹的遍歷中，如果需要按照層次從上到下、從左到右的順序訪問節(jié)點，應該使用哪種遍歷方式（）A.先序遍歷B.中序遍歷C.后序遍歷D.層次遍歷19、設計一個基于編碼器和驅動器的伺服電機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度的位置和速度控制。20、對于一個需要頻繁合并和拆分的數(shù)據集合，假設我們正在設計一個數(shù)據庫的存儲結構。以下哪種數(shù)據結構可能比較合適？（）A.鏈表B.數(shù)組C.樹D.哈希表21、在數(shù)據結構的應用場景中，假設我們正在開發(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)據結構最適合用于存儲這些圖書數(shù)據？（）A.數(shù)組B.鏈表C.二叉搜索樹D.哈希表22、設計一個紅外遙控系統(tǒng)，能夠通過遙控器對設備進行開、關、音量調節(jié)等操作，遙控距離不小于5米。23、考慮一個物流配送系統(tǒng)，需要根據客戶的地址和訂單需求規(guī)劃最優(yōu)的配送路線。同時，要能夠實時更新路況信息，并重新計算最優(yōu)路線。在這種情況下，以下哪種數(shù)據結構和算法的組合最適合解決這個問題？（）A.迪杰斯特拉算法和鄰接表B.弗洛伊德算法和矩陣C.廣度優(yōu)先搜索算法和鏈表D.深度優(yōu)先搜索算法和棧24、堆是一種特殊的數(shù)據結構，常用于實現(xiàn)優(yōu)先隊列。關于堆的性質和操作，以下描述哪一項是不正確的？（）A.堆分為最大堆和最小堆，最大堆中父節(jié)點的值大于子節(jié)點的值，最小堆中父節(jié)點的值小于子節(jié)點的值B.可以使用數(shù)組來實現(xiàn)堆，通過特定的公式計算節(jié)點的位置C.向堆中插入一個元素和刪除堆頂元素的時間復雜度均為O(logn)，其中n是堆中元素的數(shù)量D.堆排序是基于堆的一種排序算法，其時間復雜度為O(n^2)25、當處理一個動態(tài)增長和收縮的數(shù)據集合時，例如一個不斷有元素插入和刪除的集合，以下哪種數(shù)據結構在空間利用和操作效率上可能表現(xiàn)更優(yōu)（）A.數(shù)組B.鏈表C.哈希表D.二叉搜索樹二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）數(shù)組的切片操作是如何實現(xiàn)的？有哪些注意事項？2、（本題5分）解釋如何在一個二叉搜索樹中查找第k大的元素，給出算法步驟和實現(xiàn)代碼，并分析其時間復雜度。3、（本題5分）解釋字符串匹配的常見算法，如暴力匹配算法、KMP算法，分析它們的時間復雜度和改進思路。4、（本題5分）詳細說明在哈夫曼編碼中，如何根據字符出現(xiàn)的頻率構建最優(yōu)編碼，以及如何解碼壓縮后的文件。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個數(shù)據結構和算法，用于存儲和管理一個學校圖書館的圖書信息，包括書名、作者、ISBN號、館藏數(shù)量等，并實現(xiàn)圖書的查找、借閱和歸還功能。2、（本題5分）設計一個程序，使用選擇排序算法對一個隊列進行排序。3、（本題5分）設計一個程序，使用堆結構實現(xiàn)對一組項目按照緊急程度和資源消耗進行優(yōu)先級排序。4、（本題5分）設計一個二叉樹的遍歷程序，包括前序、中序和后序遍歷，能夠輸入一棵二叉樹的節(jié)點信息，輸出相應的遍歷結果。5、（本題5分）設計一個程序，使用鏈表實現(xiàn)棧和隊列的混合數(shù)據結構，支持特定的操作需求。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某醫(yī)院的藥品庫存管理系統(tǒng)需要存儲藥品信息，如藥品編號、藥品名稱、藥品規(guī)格、庫存數(shù)量、有效期等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定藥品、按照庫存數(shù)量對藥品進行排序、進行藥品的入庫和出庫操作、提醒即將過期藥品。請設計合理的數(shù)據結構和算法，并提供代碼實現(xiàn)和性能分析。2、（本題10分）一家快遞公司需要管理大量的快遞包裹信息，包括包裹單號、發(fā)件人信息、收件人信息、重量、運輸狀態(tài)等。請設計合適的數(shù)據結構來存儲這些包裹數(shù)