武漢生物工程學(xué)院《算法設(shè)計(jì)與分析》2021-2022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1頁(yè)，共3頁(yè)武漢生物工程學(xué)院《算法設(shè)計(jì)與分析》

2021-2022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30個(gè)小題，每小題1分，共30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、在算法的穩(wěn)定性方面，穩(wěn)定的排序算法在排序過(guò)程中保持相等元素的相對(duì)順序不變。假設(shè)我們正在比較不同的排序算法的穩(wěn)定性。以下關(guān)于排序算法穩(wěn)定性的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.冒泡排序、插入排序和歸并排序是穩(wěn)定的排序算法B.快速排序和選擇排序通常是不穩(wěn)定的排序算法C.算法的穩(wěn)定性在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中是非常重要的，例如對(duì)具有多個(gè)關(guān)鍵字的記錄進(jìn)行排序D.不穩(wěn)定的排序算法在任何情況下都不應(yīng)該被使用，而應(yīng)該始終選擇穩(wěn)定的排序算法2、以下哪個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以高效地進(jìn)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3、在算法的效率優(yōu)化中，緩存（Cache）的使用可以顯著提高性能。以下關(guān)于緩存的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.緩存是一種高速的存儲(chǔ)區(qū)域，用于存儲(chǔ)最近訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，以減少對(duì)慢速主存的訪問(wèn)次數(shù)B.緩存的命中率越高，算法的性能提升就越明顯C.緩存的大小和替換策略對(duì)算法的性能有重要影響D.只要使用了緩存，算法的時(shí)間復(fù)雜度就一定會(huì)降低4、在遞歸算法中，函數(shù)直接或間接地調(diào)用自身來(lái)解決問(wèn)題。假設(shè)我們正在分析一個(gè)遞歸算法的性能。以下關(guān)于遞歸算法的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.遞歸算法通常具有簡(jiǎn)潔和直觀的代碼結(jié)構(gòu)，但可能存在?？臻g的消耗問(wèn)題B.遞歸算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度分析通常需要通過(guò)建立遞歸關(guān)系式來(lái)進(jìn)行C.對(duì)于一些問(wèn)題，使用遞歸算法可能比使用迭代算法更高效D.遞歸算法總是能夠更容易地理解和實(shí)現(xiàn)，并且在所有情況下都優(yōu)于迭代算法5、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來(lái)找出一個(gè)數(shù)組中的第二大元素。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.先排序，然后取第二個(gè)元素，但排序的時(shí)間復(fù)雜度較高B.遍歷數(shù)組兩次，第一次找出最大元素，第二次找出第二大元素C.維護(hù)兩個(gè)變量，分別存儲(chǔ)最大和第二大元素，在遍歷中更新D.使用遞歸的方式，將數(shù)組分成兩半，分別找出各自的最大和第二大元素，然后合并結(jié)果6、想象一個(gè)需要在一個(gè)無(wú)序數(shù)組中查找重復(fù)元素的問(wèn)題。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.先對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序，然后遍歷相鄰元素查找重復(fù)，但排序的時(shí)間和空間復(fù)雜度較高B.使用哈希表，將元素作為鍵，出現(xiàn)次數(shù)作為值，能快速判斷是否重復(fù)C.雙重循環(huán)遍歷數(shù)組，逐個(gè)比較元素是否重復(fù)，但時(shí)間復(fù)雜度較高D.遞歸地將數(shù)組分成兩半，在每一半中查找重復(fù)元素，然后合并結(jié)果，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜7、對(duì)于數(shù)值計(jì)算算法，假設(shè)要求解一個(gè)大型線性方程組。以下哪種算法在精度和效率上通常有較好的平衡？（）A.高斯消元法B.雅可比迭代法C.共軛梯度法D.以上算法視問(wèn)題特點(diǎn)而定8、在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來(lái)解決字符串匹配問(wèn)題時(shí)，需要在一個(gè)長(zhǎng)文本中查找一個(gè)給定的模式字符串的所有出現(xiàn)位置。如果模式字符串相對(duì)較短，并且需要考慮多種復(fù)雜的匹配情況，以下哪種字符串匹配算法可能表現(xiàn)更好？（）A.樸素的字符串匹配算法B.KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法C.BM（Boyer-Moore）算法D.Rabin-Karp算法9、在算法的可擴(kuò)展性方面，以下關(guān)于可擴(kuò)展算法的描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.能夠有效地處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜問(wèn)題B.當(dāng)問(wèn)題規(guī)模增加時(shí)，性能不會(huì)急劇下降C.可擴(kuò)展算法的設(shè)計(jì)通常比較復(fù)雜D.所有的算法都可以很容易地實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性10、在一個(gè)查找問(wèn)題中，如果數(shù)據(jù)是有序的，以下哪種查找算法的平均性能可能最好？（）A.順序查找B.二分查找C.插值查找D.以上算法的平均性能取決于數(shù)據(jù)分布11、假設(shè)正在研究一個(gè)算法的漸近分析，當(dāng)輸入規(guī)模趨向無(wú)窮大時(shí)，以下哪種說(shuō)法是正確的？（）A.低階項(xiàng)對(duì)時(shí)間復(fù)雜度的影響可以忽略B.常數(shù)因子對(duì)時(shí)間復(fù)雜度的影響很大C.所有項(xiàng)對(duì)時(shí)間復(fù)雜度的影響都相同D.以上說(shuō)法都不正確12、在一個(gè)貪心算法的應(yīng)用場(chǎng)景中，每次都做出當(dāng)前看起來(lái)最優(yōu)的選擇，但最終得到的結(jié)果不一定是全局最優(yōu)解。以下哪個(gè)問(wèn)題可能適合使用貪心算法來(lái)求解？（）A.旅行商問(wèn)題B.活動(dòng)安排問(wèn)題C.0-1背包問(wèn)題D.以上問(wèn)題都不適合用貪心算法13、在貪心算法的應(yīng)用中，假設(shè)要在一組項(xiàng)目中選擇一些項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都有收益和成本，目標(biāo)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(xiàng)目之間存在依賴(lài)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(yán)格D.項(xiàng)目的數(shù)量過(guò)多14、在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來(lái)解決一個(gè)NP完全問(wèn)題時(shí)，如果希望在合理的時(shí)間內(nèi)找到一個(gè)較好的近似解，以下哪種策略可能是有用的？（）A.啟發(fā)式搜索B.隨機(jī)化算法C.局部搜索D.以上策略都可以15、想象一個(gè)需要對(duì)兩個(gè)有序數(shù)組進(jìn)行合并的任務(wù)，要求合并后的數(shù)組仍然有序。以下哪種算法可能是最有效的？（）A.分別遍歷兩個(gè)數(shù)組，將元素逐個(gè)插入到一個(gè)新的數(shù)組中，然后進(jìn)行排序，但時(shí)間復(fù)雜度較高B.采用歸并的思想，從兩個(gè)數(shù)組的頭部開(kāi)始比較，將較小的元素依次放入新數(shù)組，直到其中一個(gè)數(shù)組遍歷完，然后將另一個(gè)數(shù)組的剩余元素放入新數(shù)組C.先將兩個(gè)數(shù)組合并，然后使用快速排序?qū)喜⒑蟮臄?shù)組進(jìn)行排序D.隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)組，將另一個(gè)數(shù)組的元素插入到其中，然后進(jìn)行調(diào)整16、貪心算法是一種在每一步都做出當(dāng)前最優(yōu)選擇的算法。然而，貪心算法并非總是能得到最優(yōu)解，原因在于什么？（）A.貪心算法不能處理大規(guī)模問(wèn)題B.貪心算法沒(méi)有考慮到后續(xù)步驟的影響C.貪心算法的時(shí)間復(fù)雜度較高D.貪心算法無(wú)法處理復(fù)雜的約束條件17、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€(gè)數(shù)組進(jìn)行排序。以下關(guān)于堆排序的描述，哪一項(xiàng)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(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，空間復(fù)雜度為O(1)C.構(gòu)建堆的過(guò)程和調(diào)整堆的過(guò)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18、假設(shè)正在開(kāi)發(fā)一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練算法，需要在大量的數(shù)據(jù)上進(jìn)行優(yōu)化，找到最優(yōu)的模型參數(shù)。以下哪種優(yōu)化算法可能是最常用的選擇？（）A.梯度下降算法，沿著梯度方向更新參數(shù)B.牛頓法，利用二階導(dǎo)數(shù)信息進(jìn)行優(yōu)化C.共軛梯度法，適用于大規(guī)模問(wèn)題的優(yōu)化D.以上算法在不同場(chǎng)景下都有應(yīng)用，根據(jù)問(wèn)題特點(diǎn)選擇19、在貪心算法的應(yīng)用中，活動(dòng)安排問(wèn)題是一個(gè)典型的例子。假設(shè)我們有一系列活動(dòng)，每個(gè)活動(dòng)有開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。以下關(guān)于活動(dòng)安排問(wèn)題的貪心策略描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.按照活動(dòng)的結(jié)束時(shí)間從小到大進(jìn)行排序，依次選擇不與已選活動(dòng)沖突的活動(dòng)B.這種貪心策略能夠保證選擇到最多的活動(dòng)，得到最優(yōu)解C.貪心算法在活動(dòng)安排問(wèn)題中的正確性可以通過(guò)數(shù)學(xué)歸納法進(jìn)行證明D.對(duì)于活動(dòng)安排問(wèn)題，不存在比這種貪心策略更優(yōu)的算法20、在字符串匹配算法中，KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法和BM（Boyer-Moore）算法是常見(jiàn)的高效算法。假設(shè)我們要在一個(gè)長(zhǎng)文本中查找一個(gè)模式字符串。以下關(guān)于這兩種算法的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.KMP算法通過(guò)利用已經(jīng)匹配的部分信息來(lái)避免不必要的回溯，提高匹配效率B.BM算法從模式字符串的末尾開(kāi)始比較，并根據(jù)字符的不匹配情況進(jìn)行大幅度的跳躍C.KMP算法和BM算法在平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度都為O(m+n)，其中m是模式字符串的長(zhǎng)度，n是文本的長(zhǎng)度D.在任何情況下，BM算法的性能都優(yōu)于KMP算法，應(yīng)該優(yōu)先選擇使用21、歸并排序的遞歸實(shí)現(xiàn)中，每次將數(shù)組分成兩部分，那么遞歸的深度是多少？（）A.O(1)B.O(logn)C.O(n)D.O(nlogn)22、算法的可擴(kuò)展性是指算法能夠容易地適應(yīng)問(wèn)題規(guī)模的變化或新的需求。以下關(guān)于算法可擴(kuò)展性的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是：可擴(kuò)展性好的算法在面對(duì)問(wèn)題規(guī)模增長(zhǎng)時(shí)，性能不會(huì)急劇下降。算法的可擴(kuò)展性與算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)。那么，下列關(guān)于算法可擴(kuò)展性的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.算法的可擴(kuò)展性可以通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)B.可擴(kuò)展性好的算法通常具有較高的靈活性C.算法的可擴(kuò)展性只與算法的時(shí)間復(fù)雜度有關(guān)D.算法的可擴(kuò)展性對(duì)于長(zhǎng)期維護(hù)和升級(jí)非常重要23、在算法的正確性證明中，數(shù)學(xué)歸納法和反證法是常用的方法。假設(shè)我們要證明一個(gè)算法的正確性。以下關(guān)于算法正確性證明的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.數(shù)學(xué)歸納法通過(guò)證明基礎(chǔ)情況和歸納步驟來(lái)確立算法對(duì)于所有可能的輸入都能產(chǎn)生正確的輸出B.反證法通過(guò)假設(shè)算法不正確，然后推出矛盾來(lái)證明算法的正確性C.對(duì)于復(fù)雜的算法，通常需要結(jié)合多種證明方法來(lái)進(jìn)行正確性證明D.只要算法在一些測(cè)試用例上能夠得到正確的結(jié)果，就可以證明算法是正確的，無(wú)需進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明24、假設(shè)要對(duì)一個(gè)大規(guī)模的數(shù)值數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚類(lèi)分析，以下哪種聚類(lèi)算法可能更適合處理這種情況？（）A.K-Means算法B.層次聚類(lèi)算法C.密度聚類(lèi)算法D.以上算法都可以，取決于具體數(shù)據(jù)特點(diǎn)25、在貪心算法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的比較中，假設(shè)要解決一個(gè)資源分配問(wèn)題。以下哪種情況下動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法更有可能得到最優(yōu)解？（）A.問(wèn)題具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)B.問(wèn)題的階段劃分不明顯C.貪心選擇策略不明顯D.以上情況都有可能26、假設(shè)正在研究一個(gè)圖算法問(wèn)題，需要在一個(gè)有向加權(quán)圖中找到從源節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑。該圖可能包含大量的節(jié)點(diǎn)和邊，并且邊的權(quán)重可能為負(fù)數(shù)。在這種情況下，以下哪種算法可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題？（）A.Dijkstra算法B.Bellman-Ford算法C.Floyd-Warshall算法D.A*算法27、在一個(gè)回溯算法中，為了避免重復(fù)搜索已經(jīng)搜索過(guò)的部分解空間，可以采用以下哪種技術(shù)？（）A.剪枝B.備忘錄C.動(dòng)態(tài)規(guī)劃D.貪心選擇28、在動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法中，需要找到最優(yōu)子結(jié)構(gòu)并建立遞推關(guān)系。假設(shè)要計(jì)算從一個(gè)矩陣的左上角到右下角的最短路徑，其中每個(gè)單元格都有一定的代價(jià)，以下關(guān)于最優(yōu)子結(jié)構(gòu)的描述，哪個(gè)是正確的（）A.從當(dāng)前位置到右下角的最短路徑只取決于當(dāng)前位置右邊和下邊的單元格B.從當(dāng)前位置到右下角的最短路徑只取決于當(dāng)前位置左邊和上邊的單元格C.從當(dāng)前位置到右下角的最短路徑取決于之前經(jīng)過(guò)的所有單元格D.以上都不對(duì)29、算法的空間復(fù)雜度描述了算法在運(yùn)行過(guò)程中所占用的內(nèi)存空間。以下關(guān)于空間復(fù)雜度的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是：空間復(fù)雜度只考慮算法所使用的額外空間，不包括輸入數(shù)據(jù)所占用的空間?？臻g復(fù)雜度越低的算法，在實(shí)際運(yùn)行中一定比空間復(fù)雜度高的算法更節(jié)省內(nèi)存。那么，下列關(guān)于空間復(fù)雜度的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.空間復(fù)雜度可以用大O記號(hào)表示B.算法的空間復(fù)雜度可能與輸入規(guī)模有關(guān)C.一些算法可以通過(guò)優(yōu)化空間復(fù)雜度來(lái)提高性能D.空間復(fù)雜度是衡量算法性能的唯一指標(biāo)30、在算法的復(fù)雜度分析中，漸近符號(hào)（如大O、大Ω和大Θ）用于描述算法性能的增長(zhǎng)趨勢(shì)。假設(shè)我們正在分析一個(gè)算法的復(fù)雜度。以下關(guān)于漸近符號(hào)的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.如果一個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，則表示其運(yùn)行時(shí)間與輸入規(guī)模n呈線性增長(zhǎng)關(guān)系B.如果一個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度為Ω(n^2)，則表示其運(yùn)行時(shí)間至少以輸入規(guī)模n的平方的速度增長(zhǎng)C.如果一個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度為Θ(nlogn)，則表示其運(yùn)行時(shí)間在nlogn的上下界范圍內(nèi)D.對(duì)于同一個(gè)算法，其時(shí)間復(fù)雜度不可能同時(shí)為O(n)和Ω(n^2)二、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法來(lái)計(jì)算一個(gè)無(wú)向圖的連通分量數(shù)量。分析算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度，并探討如何優(yōu)化算法以提高效率。2、（本題5分）設(shè)計(jì)算法在一個(gè)二維矩陣中找出所有不重復(fù)的路徑，從左上角到右下角，每個(gè)位置只能向右或向下移動(dòng)。探討算法的實(shí)現(xiàn)和復(fù)雜度優(yōu)化。3、（本題5分）有一個(gè)整數(shù)矩陣，設(shè)計(jì)一個(gè)算法找出其中所有不包含0的子矩陣的最大面積。分析算法在矩陣規(guī)模較大時(shí)的時(shí)間和空間復(fù)雜度。4、（本題5分）有一個(gè)包含n個(gè)整數(shù)的數(shù)組，設(shè)計(jì)一個(gè)算法找出其中最長(zhǎng)的連續(xù)遞增子序列。分析該算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度，并討論在不同數(shù)據(jù)分布下的性能。5、（本題5分）深入研究貪心策略在任務(wù)調(diào)