南京師范大學(xué)《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程引論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第2頁(yè)，共2頁(yè)南京師范大學(xué)

《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程引論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題1分，共20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、平衡二叉樹是為了改進(jìn)二叉搜索樹在某些情況下性能不佳而提出的。以下關(guān)于平衡二叉樹的描述，正確的是（）A.平衡二叉樹的左右子樹高度差一定不超過1B.插入和刪除操作不會(huì)破壞平衡二叉樹的平衡性C.平衡二叉樹的查找效率一定高于二叉搜索樹D.所有的平衡二叉樹都是完全二叉樹2、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能充電控制器，能夠?qū)?2V的蓄電池進(jìn)行充電管理，實(shí)現(xiàn)過充、過放保護(hù)，描述電路原理和控制策略。3、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠?qū)φZ(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行降噪處理，給出系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件算法實(shí)現(xiàn)。4、設(shè)計(jì)一個(gè)用于醫(yī)療成像設(shè)備的信號(hào)采集系統(tǒng)，如CT、MRI等，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的數(shù)據(jù)采集，給出系統(tǒng)架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)。5、AVL樹是一種平衡二叉搜索樹。假設(shè)我們正在使用一個(gè)AVL樹。以下關(guān)于AVL樹的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.AVL樹通過旋轉(zhuǎn)操作保持左右子樹的高度差不超過1，從而保證平衡B.插入和刪除節(jié)點(diǎn)后，可能需要進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)操作來恢復(fù)AVL樹的平衡C.AVL樹的查找、插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度在最壞情況下均為O(logn)D.AVL樹的空間復(fù)雜度比普通二叉搜索樹高很多，不適合在內(nèi)存受限的環(huán)境中使用6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的物料混合控制系統(tǒng)，能夠按照設(shè)定的比例自動(dòng)混合多種物料。7、設(shè)計(jì)一個(gè)基于微波技術(shù)的車載雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量車輛行駛速度。8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字鎖相環(huán)和頻率合成器的通信信號(hào)源，產(chǎn)生穩(wěn)定的、頻率可調(diào)的通信信號(hào)。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARM處理器的智能家居控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燈光、窗簾、空調(diào)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能調(diào)節(jié)，說明系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議。10、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字通信系統(tǒng)的同步模塊，實(shí)現(xiàn)位同步、幀同步等功能，闡述同步模塊的設(shè)計(jì)和性能測(cè)試。11、隊(duì)列可以用于實(shí)現(xiàn)廣度優(yōu)先搜索算法，以下關(guān)于隊(duì)列在該算法中的作用，描述不正確的是：（）A.隊(duì)列用于存儲(chǔ)待擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)，按照先進(jìn)先出的順序進(jìn)行擴(kuò)展B.隊(duì)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(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)C.隊(duì)列在搜索過程中不需要進(jìn)行任何操作，只在開始和結(jié)束時(shí)使用D.隊(duì)列的容量大小對(duì)搜索的效率和結(jié)果沒有影響12、運(yùn)用集成電路工藝，設(shè)計(jì)一款用于手機(jī)的電源管理芯片，具備充電管理、電量監(jiān)測(cè)和過壓保護(hù)等功能。13、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估中，除了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，平均情況下的性能也是重要的考慮因素。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在大多數(shù)情況下操作效率很高，但在某些特殊輸入下性能急劇下降。以下關(guān)于這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)，哪個(gè)是合理的（）A.是一種優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況性能好B.不是一種好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇嬖谛阅芷款iC.需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景來判斷其優(yōu)劣D.以上評(píng)價(jià)都不準(zhǔn)確14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的視頻圖像增強(qiáng)系統(tǒng)，能夠?qū)斎氲囊曨l圖像進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)、亮度調(diào)整等處理。15、二叉樹是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有多種遍歷方式。假設(shè)存在一個(gè)二叉樹，其先序遍歷的結(jié)果是ABDECF，中序遍歷的結(jié)果是DBEAFC。請(qǐng)問該二叉樹的后序遍歷結(jié)果是什么？（）A.DEBFCAB.DBEFCAC.DEBCFAD.DFEBCA16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電傳感器的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)到有人靠近時(shí)自動(dòng)開門，一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)門。17、在排序算法中，冒泡排序是一種簡(jiǎn)單的排序方法。以下關(guān)于冒泡排序的描述，不正確的是（）A.每次比較相鄰的兩個(gè)元素，將較大的元素向后移動(dòng)B.經(jīng)過n-1輪比較，就可以將數(shù)組排序完成C.冒泡排序的時(shí)間復(fù)雜度為O(n2)，在所有情況下性能都較差D.冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法18、設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定、高度控制和航線規(guī)劃，給出系統(tǒng)組成和控制算法。19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能小車控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)小車的自動(dòng)避障、循跡和遠(yuǎn)程控制功能。20、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的智能路燈控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境光照和時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮度。二、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）詳細(xì)闡述如何使用歸并排序算法對(duì)一個(gè)具有n個(gè)元素的數(shù)組進(jìn)行排序，給出算法步驟和時(shí)間復(fù)雜度分析。2、（本題5分）說明在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的帶權(quán)有向圖中，如何使用A*算法進(jìn)行啟發(fā)式搜索，并分析算法的性能和適用場(chǎng)景。3、（本題5分）論述在二叉樹的序列化和反序列化中，如何將二叉樹轉(zhuǎn)換為字符串并恢復(fù)。4、（本題5分）詳細(xì)說明如何在二叉搜索樹中查找一個(gè)特定的值，以及插入和刪除節(jié)點(diǎn)的操作過程。5、（本題5分）論述在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的狀態(tài)定義中，如何準(zhǔn)確捕捉問題的本質(zhì)特征以建立有效的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，用于存儲(chǔ)和管理一個(gè)學(xué)校圖書館的圖書信息，包括書名、作者、ISBN號(hào)、館藏?cái)?shù)量等，并實(shí)現(xiàn)圖書的查找、借閱和歸還功能。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)有向圖中找出所有以指定頂點(diǎn)為終點(diǎn)的路徑。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用歸并排序算法對(duì)給定的數(shù)組進(jìn)行排序，輸出排序后的數(shù)組。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，在有序數(shù)組中進(jìn)行二分查找的非遞歸實(shí)現(xiàn)，查找特定元素，輸出查找結(jié)果。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用Kruskal算法構(gòu)建給定無向圖的最小生成樹，輸出生成樹的邊。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）在一個(gè)大型企業(yè)的項(xiàng)目管理系統(tǒng)中，需要管理項(xiàng)目信息、任務(wù)分配、員工工作進(jìn)度和項(xiàng)目資源等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)這些信息，支持項(xiàng)目的創(chuàng)建、修改和刪除，任務(wù)的分配和跟蹤，員工工作進(jìn)度的更新和項(xiàng)目資源的調(diào)配，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中的風(fēng)險(xiǎn)和問題。2、（本題10分）一個(gè)健身房的會(huì)員管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)會(huì)員信息，如會(huì)員編號(hào)、會(huì)員姓名、會(huì)員類型、會(huì)員期限、消費(fèi)記錄等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定會(huì)員、按照消費(fèi)金額對(duì)會(huì)員進(jìn)行排序、新增會(huì)員、修改會(huì)員信息以及刪除會(huì)員。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并提供代碼實(shí)現(xiàn)和性能分析。3、（本題10分）一個(gè)在線訂餐平臺(tái)的廚房