鄭州大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁鄭州大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》

2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、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、使用單片機設(shè)計一個汽車防盜報警系統(tǒng)，能夠檢測車輛的異常狀態(tài)并發(fā)出警報，同時通過短信通知車主。2、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。3、在一個需要對一組數(shù)據(jù)進行去重操作的場景中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地實現(xiàn)這個功能？（）A.集合，自動去除重復(fù)元素B.數(shù)組，需要額外的算法進行去重C.鏈表，去重操作復(fù)雜且效率低D.棧，不適合進行去重操作4、設(shè)計一個基于UWB技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，定位精度達到厘米級，說明系統(tǒng)組成和定位算法。5、設(shè)計一個模擬電子琴的電路，能夠通過按鍵產(chǎn)生不同頻率的聲音，模擬鋼琴的基本音階。6、設(shè)計一個基于PLC的制藥廠反應(yīng)釜控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對反應(yīng)溫度、壓力、攪拌速度等參數(shù)的精確控制。7、設(shè)計一個數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，能夠?qū)斎雸D像進行灰度化、濾波、邊緣檢測等基本操作，顯示處理結(jié)果。8、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)定范圍內(nèi)，給出硬件電路和軟件程序設(shè)計。9、歸并排序是一種基于分治思想的排序算法。以下關(guān)于歸并排序的說法，正確的是：（）A.歸并排序?qū)?shù)組不斷分成兩半，分別排序后再合并，合并過程比較復(fù)雜B.歸并排序在任何情況下的時間復(fù)雜度都是O(n^2)，效率較低C.歸并排序不是一種穩(wěn)定的排序算法，可能改變相同元素的順序D.歸并排序的空間復(fù)雜度較低，不需要額外的輔助空間10、假設(shè)要設(shè)計一個程序來管理一個圖書館的書籍庫存系統(tǒng)，需要能夠快速查找、插入和刪除書籍信息。考慮到書籍數(shù)量可能很大，并且操作頻繁，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最適合的？（）A.數(shù)組，存儲固定數(shù)量的元素，插入和刪除操作效率較低B.鏈表，動態(tài)存儲元素，插入和刪除操作方便，但查找效率相對較低C.棧，遵循后進先出原則，不適合頻繁的查找和刪除任意位置的元素D.隊列，先進先出，適用于排隊場景，不太適合此庫存管理需求11、選擇排序也是一種基本的排序算法。以下關(guān)于選擇排序的描述，錯誤的是（）A.每一輪從待排序序列中選擇最小的元素，放到已排序序列的末尾B.選擇排序的時間復(fù)雜度為O(n2)，但在某些情況下比冒泡排序性能好C.選擇排序是一種不穩(wěn)定的排序算法D.選擇排序不需要額外的存儲空間，空間復(fù)雜度為O(1)12、設(shè)計一個簡單的機器人手臂控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多個關(guān)節(jié)的運動控制，包括電機驅(qū)動和位置反饋控制，闡述控制算法和系統(tǒng)實現(xiàn)。13、設(shè)計一個基于Arduino的智能灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤濕度自動控制灌溉設(shè)備的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)精準灌溉。14、設(shè)計一個數(shù)字溫度計，采用熱電偶傳感器，能夠測量-50℃至150℃的溫度范圍，精度為0.5℃，說明硬件連接和信號調(diào)理。15、設(shè)計一個通信系統(tǒng)信道編碼的性能評估方案，包括不同編碼方式的誤碼率測試和糾錯能力分析。16、考慮用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)一個字典功能，要求能夠快速插入、刪除和查找元素。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最合適的（）A.紅黑樹B.跳表C.堆D.以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以17、想象一個需要快速判斷一個字符串是否為回文的場景。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合可能是最有效的？（）A.利用棧將字符串逆序，然后與原字符串比較B.使用雙指針從字符串兩端向中間移動進行比較C.將字符串存儲在樹中，進行遍歷比較D.通過哈希函數(shù)計算字符串的特征值進行判斷18、紅黑樹也是一種自平衡的二叉搜索樹。假設(shè)我們正在研究一個紅黑樹。以下關(guān)于紅黑樹的描述，哪一項是不準確的？（）A.紅黑樹通過對節(jié)點顏色的約束來保持一定程度的平衡B.紅黑樹的插入和刪除操作相對復(fù)雜，但能保證較好的性能C.紅黑樹的查找操作的時間復(fù)雜度在平均情況下優(yōu)于AVL樹D.紅黑樹在頻繁插入和刪除節(jié)點的情況下，性能比AVL樹更穩(wěn)定19、設(shè)計一個5V轉(zhuǎn)1.8V的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電流不小于1A，效率達到90%以上，給出原理圖和元件選型。20、在一個文本處理程序中，需要對輸入的大量文本進行單詞頻率統(tǒng)計。也就是說，要快速確定每個單詞在文本中出現(xiàn)的次數(shù)。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于實現(xiàn)這個功能？（）A.棧，按照后進先出的原則存儲單詞B.隊列，先進先出地處理單詞C.二叉樹，對單詞進行分類存儲D.哈希表，將單詞作為鍵，出現(xiàn)次數(shù)作為值21、設(shè)計一個高頻開關(guān)電源，輸出電壓為24V/10A，效率不低于85%，給出拓撲結(jié)構(gòu)選擇和元件參數(shù)計算。22、設(shè)計一個音頻功率放大器，采用甲乙類放大方式，輸出功率為50W，負載為8Ω，給出電路原理圖和元件參數(shù)選擇。23、設(shè)計一個音頻分頻器電路，將音頻信號分為高音、中音和低音，給出電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)計算。24、在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能尤為重要。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化的描述，不準確的是：（）A.合理選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可以顯著提高程序的性能，例如在頻繁插入和刪除的場景中使用鏈表而不是數(shù)組B.調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲方式，如使用壓縮存儲可以減少存儲空間，但可能會增加操作的時間復(fù)雜度C.利用緩存機制可以提高數(shù)據(jù)訪問的速度，但需要考慮緩存的命中率和替換策略D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化只需要關(guān)注時間復(fù)雜度，空間復(fù)雜度可以忽略不計25、設(shè)計一個基于藍牙Mesh網(wǎng)絡(luò)的智能照明系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)群組控制和場景設(shè)置，說明系統(tǒng)組成和網(wǎng)絡(luò)配置。26、使用集成電路設(shè)計一個乘法器，給出乘法運算的速度和精度要求，并進行電路設(shè)計和優(yōu)化。27、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.二叉樹的每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，分為左子節(jié)點和右子節(jié)點B.二叉搜索樹的左子樹中的節(jié)點值小于根節(jié)點值，右子樹中的節(jié)點值大于根節(jié)點值，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間復(fù)雜度都是相同的，與樹的結(jié)構(gòu)無關(guān)28、二叉搜索樹在數(shù)據(jù)查找和排序中有廣泛應(yīng)用。假設(shè)我們正在維護一個二叉搜索樹。以下關(guān)于二叉搜索樹的描述，哪一項是不準確的？（）A.插入操作時，通過比較節(jié)點值找到合適的位置插入新節(jié)點，保持二叉搜索樹的性質(zhì)B.查找操作的時間復(fù)雜度在平均情況下為O(logn)，但在最壞情況下可能退化為O(n)C.刪除操作相對復(fù)雜，需要根據(jù)被刪除節(jié)點的子節(jié)點情況進行不同的處理D.只要按照一定的順序插入節(jié)點，二叉搜索樹就一定是平衡的，不需要進行平衡調(diào)整29、設(shè)計一個數(shù)字溫度計液位計數(shù)據(jù)傳輸電路，能夠?qū)囟扔嬕何挥嫷臏y量數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心進行實時監(jiān)測。30、設(shè)計一個用于衛(wèi)星通信的低噪聲放大器（LNA），工作頻率在Ku波段，噪聲系數(shù)小于1dB，增益大于20dB，闡述電路設(shè)計和器件選型。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某電商平臺的庫存管理系統(tǒng)需要實時監(jiān)控商品庫存數(shù)量，當庫存低于閾值時自動補貨。設(shè)計合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，實現(xiàn)庫存的準確管理和及時補貨。2、（本題5分）一個醫(yī)院的掛號系統(tǒng)需要記錄患者的掛號信息，包括患者姓名、身份證號、掛號科室、醫(yī)生姓名、掛號時間、就診狀態(tài)等。請設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理這些掛號數(shù)據(jù)，支持快速查找患者的掛號記錄、按照科室或醫(yī)生分類查詢、更新就診狀態(tài)，并統(tǒng)計每個科室的掛號人數(shù)。3、（本題5分）在一個在線論壇的帖子管理系統(tǒng)中，帖子有不同的主題、發(fā)布者、發(fā)布時間、回復(fù)數(shù)量等屬性。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲帖子信息，支持帖子的發(fā)布、刪除、置頂、加精等操作，能夠快速按主題、發(fā)布時間、回復(fù)數(shù)量等條件對帖子進行排序和查詢。4、（本題5分）某在線寵物領(lǐng)養(yǎng)平臺需要記錄寵物的信息、領(lǐng)養(yǎng)人的申請和審核狀態(tài)。設(shè)計一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，確保寵物能夠找到合適的領(lǐng)養(yǎng)家庭。5、（本題5分）一個在線論壇需要管理帖子的主題、內(nèi)容、作者、發(fā)布時間和回復(fù)信息。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織這些數(shù)據(jù)，方便用戶瀏覽、搜索和回復(fù)帖子。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋如何在一個具有n個頂點的圖中，使用廣度優(yōu)先搜索算法計算頂點的最短路徑長度，并分析其時間復(fù)雜度。2、（本題5分）詳細論述在具有n個節(jié)點的完全二叉樹中，如何通過節(jié)點編號快速計算其父節(jié)點和子節(jié)點的編號。3、（本題5分）描述二叉樹的后序遍歷在二叉樹的計算節(jié)點高度、平衡檢查等操作中的應(yīng)用。4、（本題5分）說