武漢設計工程學院《數(shù)據(jù)結構課程設計》2021-2022學年第一學期期末試卷

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《數(shù)據(jù)結構課程設計》2021-2022學年第一學期期末試卷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、棧和隊列在計算機程序設計中有廣泛的應用。以下關于棧和隊列應用場景的描述，錯誤的是：（）A.?？梢杂糜诒磉_式求值、函數(shù)調(diào)用等B.隊列可以用于實現(xiàn)廣度優(yōu)先搜索、任務調(diào)度等C.棧和隊列不能同時用于一個程序中，會導致沖突D.棧和隊列可以用于實現(xiàn)遞歸算法的非遞歸形式2、設計一個基于數(shù)字圖像處理的運動目標檢測與跟蹤系統(tǒng)，能夠在復雜背景下準確檢測和跟蹤運動目標。3、對于一個需要頻繁進行插入、刪除和查找操作的數(shù)據(jù)集合，假設數(shù)據(jù)的規(guī)模較大且分布較為隨機。以下哪種數(shù)據(jù)結構在平均情況下能夠提供較好的性能？（）A.鏈表B.有序數(shù)組C.哈希表D.棧4、基于通信加密技術設計一個數(shù)據(jù)加密傳輸系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和保密性。5、考慮到一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的索引結構，為了能夠快速地進行范圍查詢和隨機訪問，同時保持較好的空間利用率和插入、刪除性能，以下哪種數(shù)據(jù)結構可能會被采用？（）A.B+樹B.紅黑樹C.AVL樹D.字典樹6、在一個物流配送系統(tǒng)中，需要根據(jù)各個配送點的位置和貨物需求，規(guī)劃出最優(yōu)的配送路線，以最小化運輸成本和時間。以下哪種數(shù)據(jù)結構和算法常用于解決這類路徑規(guī)劃問題？（）A.蟻群算法使用的信息素矩陣B.模擬退火算法使用的隨機數(shù)生成器C.遺傳算法使用的染色體編碼D.A*算法使用的優(yōu)先級隊列7、設計一個數(shù)字音頻播放器電路，能夠播放MP3、WAV等格式的音頻文件，具有音量調(diào)節(jié)、播放/暫停、上一曲/下一曲等功能。8、數(shù)據(jù)結構與算法的關系緊密相連。以下關于數(shù)據(jù)結構與算法關系的描述，不正確的是：（）A.數(shù)據(jù)結構是算法的基礎，算法依賴于特定的數(shù)據(jù)結構B.不同的數(shù)據(jù)結構可以用于實現(xiàn)相同的算法，效果可能不同C.算法的設計和選擇會影響數(shù)據(jù)結構的使用和效率D.數(shù)據(jù)結構和算法是相互獨立的，沒有關聯(lián)9、設計一個基于深度學習的數(shù)字圖像分類系統(tǒng)，分析模型的準確性和泛化能力。10、設計一個數(shù)字時鐘電路，能夠準確顯示時、分、秒，具有鬧鐘功能，并且可以通過按鍵調(diào)整時間和設置鬧鐘。11、使用電力電子器件設計一個降壓型直流-直流變換器（BuckConverter），給出電路參數(shù)設計和效率分析。12、設計一個用于音頻設備的電源凈化器，減少電源噪聲對音質(zhì)的影響，給出電路結構和濾波效果分析。13、在一個需要頻繁進行字符串匹配和查找的系統(tǒng)中，例如在搜索引擎的索引構建中，以下哪種數(shù)據(jù)結構可能會被優(yōu)先考慮？（）A.二叉樹，一般的二叉樹在字符串查找中效率不高B.字典樹（Trie），特別適合字符串的存儲和查找，節(jié)省空間和時間C.鏈表，查找效率低，不適合大量字符串的快速查找D.堆，主要用于排序和優(yōu)先級處理，不是字符串查找的首選14、運用集成電路設計方法，設計一款用于電動汽車的電池管理芯片，具備電池狀態(tài)監(jiān)測、充電控制和均衡功能。15、利用射頻電路設計一個衛(wèi)星通信接收前端，包括低噪聲放大器、下變頻器等部分，給出性能指標和實現(xiàn)方案。16、基于通信協(xié)議設計一個網(wǎng)絡通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸和錯誤檢測，說明協(xié)議的選擇和實現(xiàn)過程。17、設計一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)的接收模塊，能夠接收并解析衛(wèi)星信號，計算定位信息，評估定位精度。18、插入排序也是一種基本的排序算法。關于插入排序的特點，以下描述正確的是：（）A.插入排序在每次迭代中，將待排序元素插入到已排序部分的合適位置B.插入排序在最壞情況下的時間復雜度為O(nlogn)，優(yōu)于冒泡排序C.插入排序是一種不穩(wěn)定的排序算法，可能改變相同元素的相對順序D.插入排序適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的排序，效率很高19、設計一個基于ADC和微控制器的風速測量系統(tǒng)，能夠測量0-30m/s的風速，精度達到0.1m/s。20、設計一個基于微控制器（如STM32）的溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集溫度數(shù)據(jù)，當溫度超過設定閾值時進行報警并啟動降溫設備。21、在樹型數(shù)據(jù)結構中，二叉樹是一種重要的類型。關于二叉樹的性質(zhì)，以下正確的是：（）A.一棵深度為k的滿二叉樹，其節(jié)點總數(shù)為2^k-1B.二叉樹的中序遍歷結果是節(jié)點值的升序排列（假設節(jié)點值為整數(shù)）C.任何一棵二叉樹，其葉子節(jié)點數(shù)一定等于度為2的節(jié)點數(shù)加1D.二叉樹的前序遍歷和后序遍歷結果一定不同22、在一個具有n個元素的有序數(shù)組中，使用二分查找查找一個特定元素，若查找不成功，最多需要比較多少次？（）A.log2(n)B.log2(n)-1C.log2(n)+1D.n23、設計一個基于陀螺儀和加速度計的姿態(tài)測量系統(tǒng)，能夠?qū)崟r獲取物體的姿態(tài)信息。24、使用運算放大器設計一個音頻放大器電路，能夠?qū)⑤斎氲奈⑷跻纛l信號進行放大，同時具有一定的帶寬和低失真度，給出詳細的電路設計和參數(shù)計算。25、設計一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能倉儲管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的自動入庫、出庫和庫存盤點。26、考慮一個地理信息系統(tǒng)，需要存儲和管理地圖上的點、線、面等元素的信息，并能夠快速地進行空間查詢和分析，如判斷兩個區(qū)域是否相交。以下哪種數(shù)據(jù)結構最適合用于地理空間數(shù)據(jù)的處理？（）A.R樹，支持空間數(shù)據(jù)的索引和查詢B.B+樹，高效存儲和檢索空間數(shù)據(jù)C.紅黑樹，保持空間數(shù)據(jù)的平衡D.哈希樹，快速定位空間元素27、設計一個基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速信號的采集和大容量數(shù)據(jù)存儲。28、設計一個光耦隔離的模擬量輸入模塊，實現(xiàn)對0至5V模擬信號的隔離采集，給出電路參數(shù)和應用示例。29、設計一個基于PLC的食品加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)食品的加工、包裝、質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)的自動化控制。30、設計一個數(shù)字溫度計濕度計電路，能夠同時測量環(huán)境溫度和濕度，溫度精度為±0.1℃，濕度精度為±2%RH。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某金融機構需要對客戶的交易記錄進行分析，以檢測異常交易行為。交易記錄包括交易時間、金額、交易類型等。設計合適的數(shù)據(jù)結構和算法，能夠快速地篩選出異常交易，并進行風險評估。2、（本題5分）某社交網(wǎng)絡平臺需要存儲用戶之間的好友關系，并能夠快速地查詢某個用戶的好友列表、共同好友以及二度好友。請選擇合適的數(shù)據(jù)結構，并設計相應的算法來實現(xiàn)這些功能。3、（本題5分）一家物流公司的配送中心需要管理貨物的配送信息，包括配送單號、貨物信息、收件人信息、配送員信息、配送狀態(tài)、預計送達時間等。設計合適的數(shù)據(jù)結構來存儲配送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配送信息的快速查詢、狀態(tài)更新、人員調(diào)度，并統(tǒng)計按時送達率。4、（本題5分）某在線圖書館的圖書借閱系統(tǒng)需要記錄圖書的借閱者、借閱時間、應還時間、是否逾期等信息。設計數(shù)據(jù)結構來管理圖書借閱情況，支持借閱、歸還、續(xù)借等操作，能夠及時提醒借閱者歸還圖書并統(tǒng)計圖書的借閱頻率。5、（本題5分）一個圖書館的圖書采購管理系統(tǒng)需要存儲采購計劃的信息，如采購編號、圖書名稱、作者、出版社、預計采購數(shù)量、采購進度等。系統(tǒng)要支持快速查找特定采購計劃、按照預計采購數(shù)量對計劃進行排序、新增采購計劃、修改采購進度、取消采購計劃。請確定恰當?shù)臄?shù)據(jù)結構，并詳細闡述算法和代碼實現(xiàn)，以及性能優(yōu)化策略。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）論述如何使用線段樹解決動態(tài)區(qū)間最大值問題，給出更新和查詢的方法。2、（本題5分）論述在冒泡排序中，如何通過優(yōu)化減少不必要的比較次數(shù)，提高算法效率。3、（本題5分）詳細說明快速排序算法的分區(qū)過程和遞歸調(diào)用，分析在最壞和平均情況下的性能，以及如何優(yōu)化快速排序算法以避免最壞情況的發(fā)生。4、（本