成都師范學(xué)院《隨機算法》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

站名：站名：年級專業(yè)：姓名：學(xué)號：凡年級專業(yè)、姓名、學(xué)號錯寫、漏寫或字跡不清者，成績按零分記?！堋狻€…………第1頁，共1頁成都師范學(xué)院《隨機算法》

2023-2024學(xué)年第二學(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、在算法分析中，時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度是兩個重要的概念。以下關(guān)于時間復(fù)雜度的描述，哪一項是不準確的？（）A.時間復(fù)雜度用于衡量算法運行所需的時間與輸入規(guī)模之間的關(guān)系B.常見的時間復(fù)雜度有O(1)、O(n)、O(nlogn)、O(n^2)等C.一個算法的時間復(fù)雜度越低，其運行效率就越高D.時間復(fù)雜度只考慮算法在最壞情況下的運行時間，不考慮平均情況和最好情況2、在有向圖中，進行深度優(yōu)先搜索時，需要使用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記錄已訪問的頂點？（）A.數(shù)組B.鏈表C.棧D.隊列3、在字符串匹配算法中，KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法相比樸素的字符串匹配算法有更高的效率。假設(shè)要在一個長文本中查找一個短模式串，以下關(guān)于KMP算法的優(yōu)點，哪個描述是正確的（）A.減少不必要的字符比較B.不需要預(yù)處理模式串C.適用于所有類型的字符串D.以上都不對4、在樹結(jié)構(gòu)的算法中，二叉搜索樹是一種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于二叉搜索樹的描述，不正確的是：（）A.二叉搜索樹的左子樹中的節(jié)點值都小于根節(jié)點的值，右子樹中的節(jié)點值都大于根節(jié)點的值B.對二叉搜索樹進行中序遍歷可以得到有序的節(jié)點值序列C.二叉搜索樹的插入、刪除和查找操作的平均時間復(fù)雜度均為O(logn)D.二叉搜索樹一定是平衡的，即左右子樹的高度差不超過15、假設(shè)要在一個二叉搜索樹中查找一個特定的值。如果二叉搜索樹的結(jié)構(gòu)不太平衡，可能會影響查找效率。為了提高查找效率，可以采取以下哪種措施？（）A.對二叉搜索樹進行中序遍歷B.重新構(gòu)建一個平衡的二叉搜索樹，如AVL樹或紅黑樹C.使用深度優(yōu)先搜索算法D.將二叉搜索樹轉(zhuǎn)換為鏈表6、在算法的實際應(yīng)用中，假設(shè)要開發(fā)一個實時的圖像識別系統(tǒng)。以下哪種算法特性是最為關(guān)鍵的？（）A.高準確性B.低時間復(fù)雜度C.小空間復(fù)雜度D.良好的可擴展性7、當使用隨機化算法來解決一個問題時，例如隨機快速排序，以下關(guān)于其性能的描述，哪個是正確的（）A.每次運行結(jié)果相同B.平均性能較好C.總是比確定性算法快D.以上都不對8、對于排序算法，考慮快速排序在對一個幾乎有序的數(shù)組進行排序時。以下哪種改進措施可能會顯著提高快速排序的性能？（）A.選擇中間元素作為基準B.采用插入排序?qū)π∫?guī)模子數(shù)組進行排序C.增加隨機化選擇基準的步驟D.以上措施綜合使用9、動態(tài)規(guī)劃是解決多階段決策過程最優(yōu)化問題的一種方法。假設(shè)我們正在考慮使用動態(tài)規(guī)劃來解決一個具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的問題。以下關(guān)于動態(tài)規(guī)劃的描述，哪一項是不準確的？（）A.動態(tài)規(guī)劃通過保存已解決的子問題的答案，避免了重復(fù)計算，從而提高了效率B.要使用動態(tài)規(guī)劃，問題必須具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)和重疊子問題的性質(zhì)C.最長公共子序列問題和背包問題都是可以用動態(tài)規(guī)劃有效解決的典型例子D.動態(tài)規(guī)劃總是能夠找到問題的最優(yōu)解，并且其時間復(fù)雜度總是低于其他算法10、在一個并行計算環(huán)境中，以下哪種算法或問題可能更容易實現(xiàn)并行化？（）A.矩陣乘法B.快速排序C.斐波那契數(shù)列計算D.以上問題都不容易并行化11、在貪心算法的應(yīng)用中，假設(shè)要在一組項目中選擇一些項目，每個項目都有收益和成本，目標是在預(yù)算限制內(nèi)最大化總收益。以下哪種情況可能導(dǎo)致貪心算法得到的不是最優(yōu)解？（）A.項目之間存在依賴關(guān)系B.收益和成本的比例變化較大C.預(yù)算限制非常嚴格D.項目的數(shù)量過多12、在研究一個用于在有序數(shù)組中進行二分查找的算法變體時，需要對傳統(tǒng)的二分查找進行修改以適應(yīng)特定的條件。例如，當查找元素不存在時返回最接近的元素。以下哪種方法可以有效地實現(xiàn)這個修改？（）A.在二分查找的基礎(chǔ)上添加額外的條件判斷B.重新設(shè)計整個查找邏輯C.先進行二分查找，再進行線性搜索D.以上方法都可行13、一個算法的時間復(fù)雜度為O(2^n)，空間復(fù)雜度為O(n)。如果要降低算法的時間復(fù)雜度，同時保持空間復(fù)雜度不變，以下哪種改進思路可能是有效的？（）A.采用分治法B.利用動態(tài)規(guī)劃C.優(yōu)化算法的邏輯結(jié)構(gòu)D.以上都不太可能14、在圖的最短路徑算法中，Dijkstra算法適用于邊權(quán)值非負的情況。假設(shè)一個圖中存在負權(quán)邊，以下哪種算法可能更適合計算最短路徑（）A.Bellman-Ford算法B.Floyd-Warshall算法C.A*算法D.以上算法都不適合15、以下哪個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以高效地進行插入和刪除操作，并且可以快速地找到最小值？（）A.數(shù)組B.鏈表C.棧D.堆16、在算法的并行化方面，并行計算可以提高算法的執(zhí)行效率。假設(shè)我們要對一個可以并行化的算法進行并行實現(xiàn)。以下關(guān)于算法并行化的描述，哪一項是不正確的？（）A.可以通過將問題分解為多個子任務(wù)，并在多個處理器或計算核心上同時執(zhí)行這些子任務(wù)來實現(xiàn)并行化B.并非所有的算法都適合并行化，有些算法由于其內(nèi)在的依賴關(guān)系，并行化的效果可能不明顯C.并行化總是能夠顯著提高算法的性能，并且不會帶來額外的開銷，如通信和同步成本D.在設(shè)計并行算法時，需要考慮數(shù)據(jù)劃分、任務(wù)分配、通信和同步等問題17、在一個字符串匹配問題中，需要在一個長文本中查找一個短模式字符串的所有出現(xiàn)位置。以下哪種字符串匹配算法可能是最適合的？（）A.暴力匹配算法，簡單直接但效率較低，特別是對于長文本B.KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法，通過利用模式字符串的自身特征來避免不必要的回溯，提高效率C.BM（Boyer-Moore）算法，從右向左進行比較，并根據(jù)壞字符和好后綴規(guī)則進行跳躍，通常具有較高的效率D.Rabin-Karp算法，通過計算字符串的哈希值來進行匹配，可能存在哈希沖突18、堆排序是一種基于二叉堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的排序算法。假設(shè)我們正在使用堆排序?qū)σ粋€數(shù)組進行排序。以下關(guān)于堆排序的描述，哪一項是不正確的？（）A.最大堆用于升序排序，最小堆用于降序排序B.堆排序的時間復(fù)雜度為O(nlogn)，空間復(fù)雜度為O(1)C.構(gòu)建堆的過程和調(diào)整堆的過程都涉及到元素的比較和交換操作D.堆排序在所有情況下都比快速排序的性能更好19、假設(shè)要設(shè)計一個算法來在一個有n個元素的數(shù)組中查找兩個元素之和等于給定目標值的所有組合。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.雙重循環(huán)遍歷數(shù)組，對每對元素進行求和判斷，時間復(fù)雜度為O(n^2)B.先對數(shù)組進行排序，然后使用兩個指針從數(shù)組兩端向中間移動，時間復(fù)雜度為O(nlogn)C.利用哈希表存儲數(shù)組元素，然后查找目標值與當前元素的差值是否在哈希表中，時間復(fù)雜度平均為O(n)D.遞歸地將數(shù)組分成兩半，在每一半中查找組合，然后合并結(jié)果，時間復(fù)雜度較高20、最短路徑算法在圖論中具有重要應(yīng)用。假設(shè)我們要在一個加權(quán)有向圖中找到從源節(jié)點到其他所有節(jié)點的最短路徑。以下關(guān)于最短路徑算法的描述，哪一項是不正確的？（）A.Dijkstra算法適用于所有邊的權(quán)值為非負的圖，可以高效地找到單源最短路徑B.Bellman-Ford算法可以處理存在負權(quán)邊的圖，但時間復(fù)雜度相對較高C.Floyd-Warshall算法可以用于求解任意兩點之間的最短路徑，但空間復(fù)雜度較高D.對于大規(guī)模的圖，無論其權(quán)值特點如何，都應(yīng)該優(yōu)先選擇Bellman-Ford算法來求解最短路徑21、歸并排序是另一種常見的排序算法。以下關(guān)于歸并排序的說法，錯誤的是：（）A.歸并排序的基本思想是將待排序的序列分成兩個子序列，分別進行排序，然后將兩個有序子序列合并成一個有序序列B.歸并排序是一種穩(wěn)定的排序算法C.歸并排序在最壞、最好和平均情況下的時間復(fù)雜度均為O(nlogn)D.歸并排序的空間復(fù)雜度為O(1)，因為它在排序過程中不需要額外的存儲空間22、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，二叉搜索樹是一種常用的動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。假設(shè)我們正在操作一個二叉搜索樹。以下關(guān)于二叉搜索樹的描述，哪一項是不準確的？（）A.二叉搜索樹的左子樹中的節(jié)點值都小于根節(jié)點的值，右子樹中的節(jié)點值都大于根節(jié)點的值B.插入、刪除和查找操作在平均情況下的時間復(fù)雜度為O(logn)，但在最壞情況下可能退化為O(n)C.平衡二叉樹（如AVL樹和紅黑樹）是對二叉搜索樹的改進，保證了在任何情況下的時間復(fù)雜度都為O(logn)D.二叉搜索樹只適用于對數(shù)據(jù)進行查找操作，不適合進行插入和刪除操作23、在圖的最短路徑算法中，迪杰斯特拉算法（Dijkstra'sAlgorithm）是一種經(jīng)典的算法。以下關(guān)于迪杰斯特拉算法的描述哪一項是不準確的？（）A.可以用于有向圖和無向圖的最短路徑求解B.每次選擇距離源點最近的未確定最短路徑的頂點進行擴展C.能夠處理邊權(quán)值為負數(shù)的情況D.算法的時間復(fù)雜度為O(V^2)，其中V是頂點的數(shù)量24、在算法的正確性證明中，通常使用數(shù)學(xué)歸納法或者反證法。假設(shè)要證明一個排序算法的正確性，以下哪種方法可能更常用（）A.數(shù)學(xué)歸納法B.反證法C.兩者使用頻率相同D.以上方法都不常用25、動態(tài)規(guī)劃是另一種重要的算法設(shè)計策略，它通過將問題分解為子問題并保存子問題的解來避免重復(fù)計算。以下關(guān)于動態(tài)規(guī)劃的說法中，錯誤的是：動態(tài)規(guī)劃通常適用于具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)和子問題重疊性質(zhì)的問題。動態(tài)規(guī)劃的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度可能較高。那么，下列關(guān)于動態(tài)規(guī)劃的說法錯誤的是（）A.動態(tài)規(guī)劃可以通過自頂向下或自底向上的方式實現(xiàn)B.動態(tài)規(guī)劃的解一定是全局最優(yōu)解C.動態(tài)規(guī)劃需要確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和邊界條件D.動態(tài)規(guī)劃在解決某些問題時比貪心算法更有效二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）解釋0-1背包問題為何不能用貪心算法得到最優(yōu)解。2、（本題5分）闡述快速選擇算法的原理和應(yīng)用場景。3、（本題5分）說明如何用回溯法解決數(shù)的全排列問題。4、（本題5分）簡述如何證明算法的正確性。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計算法找出給定字符串中所有長度為k且包含特定字符的子串。2、（本題5分）編寫一個算法，實現(xiàn)動態(tài)規(guī)劃求解最長回文子序列問題。3、（本題5分）設(shè)計一個算法，判斷一個二叉樹是否為對稱的擴展形式（允許節(jié)點值不同但結(jié)構(gòu)對稱）。4、（本題5分）實現(xiàn)一個算法，在一個伸展樹中進行插入和查找操作。5、（本題5分）實現(xiàn)一個算法，在一個平衡二叉搜索樹中插入一個節(jié)點。四、分析題（本大題共3個小題，共30分)