臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程算法》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程算法》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個(gè)小題，每小題1分，共15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、設(shè)計(jì)一個(gè)同步數(shù)字體系（SDH）的幀結(jié)構(gòu)生成和解析模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)用和解復(fù)用功能。2、AVL樹(shù)是一種平衡二叉搜索樹(shù)。關(guān)于AVL樹(shù)的特點(diǎn)，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.AVL樹(shù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)操作來(lái)保持樹(shù)的平衡，左右子樹(shù)的高度差不超過(guò)1B.在AVL樹(shù)中進(jìn)行插入和刪除操作后，需要通過(guò)調(diào)整來(lái)恢復(fù)平衡，時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)C.AVL樹(shù)的查找效率在最壞情況下也能保證為O(logn)D.AVL樹(shù)的空間復(fù)雜度比普通二叉搜索樹(shù)高，不適合存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)3、根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理理論，設(shè)計(jì)一個(gè)音頻頻譜分析儀，能夠顯示音頻信號(hào)的頻譜分布。4、快速排序是一種高效的排序算法。對(duì)于快速排序的性能和特點(diǎn)，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.快速排序通過(guò)選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分為小于基準(zhǔn)和大于基準(zhǔn)的兩部分，然后對(duì)這兩部分分別進(jìn)行排序B.快速排序在平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)C.快速排序是一種不穩(wěn)定的排序算法，可能會(huì)改變相同元素的相對(duì)順序D.快速排序的空間復(fù)雜度主要取決于遞歸調(diào)用的?？臻g，最壞情況下為O(n)5、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)巴特沃斯、切比雪夫或橢圓濾波器的功能，參數(shù)可設(shè)置。6、想象一個(gè)游戲中的怪物刷新系統(tǒng)，怪物需要在不同的地點(diǎn)按照一定的時(shí)間間隔刷新。需要一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理怪物的刷新時(shí)間和地點(diǎn)信息，并能夠快速判斷下一個(gè)即將刷新的怪物。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能最合適？（）A.堆，特別是最小堆，能夠快速獲取最小的刷新時(shí)間B.鏈表，便于插入和刪除，但查找最小時(shí)間效率低C.數(shù)組，存儲(chǔ)固定數(shù)量的怪物信息，不便于動(dòng)態(tài)管理刷新D.樹(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于簡(jiǎn)單的刷新管理可能過(guò)于復(fù)雜7、在圖的遍歷算法中，深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索是兩種基本方法。以下關(guān)于這兩種算法的描述中，不正確的是（）A.深度優(yōu)先搜索使用棧來(lái)實(shí)現(xiàn)，廣度優(yōu)先搜索使用隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)B.深度優(yōu)先搜索可能會(huì)陷入死循環(huán)，廣度優(yōu)先搜索不會(huì)C.對(duì)于同一個(gè)圖，深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索得到的遍歷結(jié)果一定相同D.這兩種算法都可以用于求解圖的連通性問(wèn)題8、設(shè)計(jì)一個(gè)程控濾波器，帶寬和中心頻率可程控調(diào)節(jié)，給出電路實(shí)現(xiàn)和控制邏輯。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于鎖相環(huán)的頻率合成器系統(tǒng)，能夠輸出頻率范圍為10MHz-1GHz，頻率分辨率為1Hz，相位噪聲小于-120dBc/Hz@1kHz偏移。10、利用數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)，能夠測(cè)量輸入信號(hào)的頻率，給出測(cè)量精度和范圍。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電耦合器的電氣隔離系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的有效隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號(hào)濾波系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)FIR和IIR濾波器，參數(shù)可在線調(diào)整。13、設(shè)計(jì)一個(gè)電子指南針電路，能夠指示方向，精度為±1°，并且具有校準(zhǔn)功能。14、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、組織數(shù)據(jù)的方式。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，不準(zhǔn)確的是（）A.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)旨在提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率和操作效率B.它是算法設(shè)計(jì)和分析的基礎(chǔ)，影響著程序的性能C.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只關(guān)注數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，不考慮數(shù)據(jù)的處理邏輯D.常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括數(shù)組、鏈表、棧、隊(duì)列等15、假設(shè)正在開(kāi)發(fā)一個(gè)股票交易系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)記錄每只股票的價(jià)格變化，并能夠快速地找出價(jià)格漲幅最大和跌幅最大的股票。同時(shí)，要支持對(duì)股票價(jià)格的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的搭配最適合這個(gè)系統(tǒng)？（）A.最大堆和最小堆，分別存儲(chǔ)漲幅和跌幅最大的股票信息B.紅黑樹(shù)和中序遍歷，獲取股票價(jià)格的排序C.跳表和插入排序，更新股票價(jià)格數(shù)據(jù)D.線段樹(shù)和歸并排序，分析股票價(jià)格歷史數(shù)據(jù)二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）鏈表的插入排序有哪些步驟？請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。2、（本題5分）詳細(xì)闡述AVL樹(shù)和紅黑樹(shù)在自平衡機(jī)制上的差異，以及它們適用的不同場(chǎng)景。3、（本題5分）深入分析在具有n個(gè)元素的有序鏈表中，如何進(jìn)行插入操作以保持鏈表的有序性，同時(shí)處理重復(fù)插入的情況。4、（本題5分）詳細(xì)說(shuō)明如何在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的無(wú)向圖中找出所有的橋。三、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）一個(gè)物流配送中心需要對(duì)貨物的運(yùn)輸路徑進(jìn)行規(guī)劃，已知各個(gè)城市之間的距離和運(yùn)輸成本。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，能夠找到從起始城市到目標(biāo)城市的最短路徑和最低成本路徑。2、（本題5分）某快遞公司的包裹跟蹤系統(tǒng)需要對(duì)包裹的運(yùn)輸路徑和狀態(tài)進(jìn)行管理。包裹信息包括包裹編號(hào)、起始地、目的地、當(dāng)前位置、狀態(tài)等。這些信息以雙端隊(duì)列的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)包裹的當(dāng)前位置和狀態(tài)；（2）包裹到達(dá)一個(gè)新的地點(diǎn)時(shí)更新其信息；（3）按照目的地對(duì)包裹進(jìn)行排序；（4）統(tǒng)計(jì)處于運(yùn)輸中、已送達(dá)和異常狀態(tài)的包裹數(shù)量。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）在一個(gè)在線視頻平臺(tái)中，需要管理視頻信息、用戶觀看歷史、視頻評(píng)論和點(diǎn)贊等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些信息，支持視頻的上傳、刪除、查找和播放，用戶觀看歷史的記錄，視頻評(píng)論的管理和點(diǎn)贊數(shù)的統(tǒng)計(jì)，并能夠根據(jù)用戶行為推薦相關(guān)視頻。4、（本題5分）假設(shè)一個(gè)視頻網(wǎng)站需要存儲(chǔ)大量的視頻信息和用戶的觀看記錄，視頻信息包括視頻ID、視頻名稱、時(shí)長(zhǎng)、上傳者、分類等，觀看記錄包括用戶ID、視頻ID、觀看時(shí)間、觀看進(jìn)度等。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理這些數(shù)據(jù)，能夠快速查找視頻、推薦相關(guān)視頻、統(tǒng)計(jì)視頻的觀看次數(shù)，并分析用戶的觀看偏好。5、（本題5分）一個(gè)超市的促銷活動(dòng)管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)促銷活動(dòng)的信息，如活動(dòng)編號(hào)、活動(dòng)名稱、活動(dòng)時(shí)間、優(yōu)惠方式、參與商品等。系統(tǒng)要支持快速查找特定促銷活動(dòng)、按照活動(dòng)時(shí)間對(duì)活動(dòng)進(jìn)行排序、新增促銷活動(dòng)、修改活動(dòng)規(guī)則、結(jié)束活動(dòng)。請(qǐng)確定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述算法和代碼實(shí)現(xiàn)，以及性能優(yōu)化策略。四、設(shè)計(jì)題（本大題共4個(gè)小題，共40分)1、（本題10分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，用于管理一個(gè)物流配送中心的貨物配送信息，包括貨物單號(hào)、目的地、配送狀態(tài)等