西華大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計》2022-2023學(xué)年第一學(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(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的關(guān)系緊密相連。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法關(guān)系的描述，不正確的是：（）A.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是算法的基礎(chǔ)，算法依賴于特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B.不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用于實(shí)現(xiàn)相同的算法，效果可能不同C.算法的設(shè)計和選擇會影響數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用和效率D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法是相互獨(dú)立的，沒有關(guān)聯(lián)2、在樹結(jié)構(gòu)中，二叉樹是一種重要的類型。假設(shè)我們正在研究一個滿二叉樹。以下關(guān)于二叉樹的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.滿二叉樹的葉子節(jié)點(diǎn)都在同一層，且非葉子節(jié)點(diǎn)都有兩個子節(jié)點(diǎn)B.二叉樹的遍歷方式包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷，它們的時間復(fù)雜度相同C.二叉查找樹的左子樹中的節(jié)點(diǎn)值均小于根節(jié)點(diǎn)值，右子樹中的節(jié)點(diǎn)值均大于根節(jié)點(diǎn)值D.平衡二叉樹在插入和刪除節(jié)點(diǎn)時不需要進(jìn)行調(diào)整，始終保持平衡狀態(tài)3、設(shè)計一個數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步電路，包括位同步、幀同步和網(wǎng)同步模塊，測試其同步性能。4、在一個圖像處理軟件中，需要對圖像的像素數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，如快速找到相鄰像素的最大值、最小值等，并能夠高效地進(jìn)行區(qū)域填充。對于這樣的圖像數(shù)據(jù)處理需求，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最有用的？（）A.二維數(shù)組，直接對應(yīng)圖像的像素矩陣B.二叉樹，對像素值進(jìn)行排序和查找C.圖，表示像素之間的關(guān)系D.哈希表，快速定位特定像素的信息5、在一個多線程環(huán)境中，多個線程需要同時訪問和修改一個共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了保證數(shù)據(jù)的一致性和線程安全，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最合適的？（）A.線程安全的鏈表，通過加鎖機(jī)制保證并發(fā)訪問的正確性B.普通的數(shù)組，需要額外的同步機(jī)制來保證線程安全C.線程安全的哈希表，提供了內(nèi)置的同步機(jī)制D.樹，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線程安全實(shí)現(xiàn)難度較大6、設(shè)計一個基于音頻編解碼芯片的MP3播放器，支持常見的音頻格式，具備存儲和播放功能。7、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計一個校園智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和存儲。8、設(shè)計一個數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展電路，能夠增加調(diào)制解調(diào)的方式和速度，并且具有糾錯功能。9、設(shè)計一個數(shù)字電壓表自動校準(zhǔn)電路，能夠定期自動對電壓表進(jìn)行校準(zhǔn)，提高測量精度。10、設(shè)計一個音頻均衡器，能夠?qū)σ纛l信號進(jìn)行10段均衡調(diào)節(jié)，給出系統(tǒng)方案和濾波器參數(shù)計算。11、設(shè)計一個基于模擬開關(guān)和運(yùn)放的音頻混音系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個音頻信號的混合輸出。12、設(shè)一棵完全二叉樹共有700個節(jié)點(diǎn)，則在該二叉樹中有多少個葉子節(jié)點(diǎn)？（）A.350B.349C.351D.無法確定13、設(shè)計一個基于DSP的語音識別系統(tǒng)，能夠識別特定的語音指令，給出算法原理和代碼實(shí)現(xiàn)。14、數(shù)組是一種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有固定的大小和連續(xù)的存儲方式。以下關(guān)于數(shù)組的描述，錯誤的是：（）A.數(shù)組可以通過下標(biāo)快速訪問元素，但插入和刪除元素時可能需要移動大量元素，效率較低B.多維數(shù)組在內(nèi)存中也是連續(xù)存儲的，通過計算偏移量可以快速定位元素C.數(shù)組的長度在創(chuàng)建后不能改變，若要動態(tài)改變數(shù)組大小，需要重新分配內(nèi)存并復(fù)制元素D.數(shù)組適用于元素數(shù)量固定且操作主要為查找的情況，對于頻繁插入和刪除的應(yīng)用不太合適，且其空間利用率總是最優(yōu)的15、設(shè)計一個數(shù)字通信系統(tǒng)中的載波同步電路，實(shí)現(xiàn)對接收信號載波頻率和相位的準(zhǔn)確同步，測試同步性能。16、設(shè)計一個基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，能夠及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并發(fā)出警報。17、在字符串匹配算法中，KMP算法是一種高效的算法，以下關(guān)于KMP算法的描述，不正確的是：（）A.KMP算法通過利用已經(jīng)匹配的部分信息，避免了不必要的回溯，提高了匹配效率B.KMP算法的時間復(fù)雜度主要取決于模式串的長度，與主串的長度無關(guān)C.KMP算法的核心是計算模式串的next數(shù)組，用于確定匹配失敗時的移動位置D.KMP算法在任何情況下的性能都優(yōu)于樸素的字符串匹配算法18、設(shè)計一個基于無線通信技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)灌溉控制系統(tǒng)，根據(jù)土壤濕度和氣象條件自動控制灌溉。19、設(shè)計一個電子血壓計擴(kuò)展電路，能夠增加血壓計的測量功能和精度，并且具有數(shù)據(jù)傳輸和分析功能。20、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)存儲、組織數(shù)據(jù)的方式，對算法的效率和程序的性能有著重要影響。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)，如數(shù)組、鏈表屬于線性結(jié)構(gòu)，而樹和圖屬于非線性結(jié)構(gòu)B.選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)取決于具體的應(yīng)用場景和操作需求，例如頻繁的插入和刪除操作可能更適合使用鏈表C.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標(biāo)通常包括節(jié)省存儲空間、提高操作效率和便于數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一旦確定，就不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改和優(yōu)化，否則會導(dǎo)致程序出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤21、設(shè)計一個電子秤數(shù)據(jù)存儲電路，能夠?qū)㈦娮映拥臏y量數(shù)據(jù)存儲在本地或云端，方便查詢和分析。22、設(shè)計一個液晶顯示的驅(qū)動電源，能夠提供穩(wěn)定的電壓和電流，具有過壓、過流保護(hù)功能。23、設(shè)計一個基于光電傳感器的自動門控制系統(tǒng)，當(dāng)有人靠近時自動開門，一段時間后自動關(guān)門。24、設(shè)計一個音頻放大器噪聲抑制電路，能夠降低放大器的噪聲水平，提高音頻質(zhì)量。25、設(shè)計一個數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，能夠?qū)斎氲膱D像進(jìn)行灰度化、二值化、邊緣檢測等基本操作，并顯示處理后的結(jié)果。二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）解釋如何在一個有序數(shù)組中進(jìn)行二分查找的同時統(tǒng)計目標(biāo)值出現(xiàn)的次數(shù)。2、（本題5分）深入分析在具有n個元素的鏈表中，如何刪除指定位置的節(jié)點(diǎn)，并給出具體的算法步驟和代碼實(shí)現(xiàn)。3、（本題5分）解釋線段樹在進(jìn)行區(qū)間求和時的更新策略和時間復(fù)雜度。4、（本題5分）詳細(xì)解釋什么是線索二叉樹，說明如何構(gòu)建線索二叉樹以及如何利用線索進(jìn)行遍歷操作。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計一個程序，使用拓?fù)渑判蚪鉀Q課程安排問題，給定課程的先修關(guān)系，輸出課程安排順序。2、（本題5分）設(shè)計一個程序，使用迪杰斯特拉算法求解給定有向帶權(quán)圖中某一頂點(diǎn)到其他頂點(diǎn)的最短路徑。3、（本題5分）設(shè)計一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，模擬一個酒店的客房服務(wù)需求信息管理系統(tǒng)，能夠及時處理客人的服務(wù)請求。4、（本題5分）利用隊列結(jié)構(gòu)設(shè)計一個學(xué)校圖書館還書系統(tǒng)，模擬還書的排隊和處理過程。5、（本題5分）設(shè)計一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，用于管理一個醫(yī)院的病房消毒記錄系統(tǒng)，確保病房消毒工作按時完成。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10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(yù)計送達(dá)時間等。設(shè)計合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲配送數(shù)據(jù)，實(shí)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(dá)率。2、（本題10分）某醫(yī)院的醫(yī)生排班管理系統(tǒng)需要存儲醫(yī)生的排班信息，如醫(yī)生編號、醫(yī)生姓名、科室、排班日期、上班時間、下班時間等。系統(tǒng)要支持快速查找特定醫(yī)生的排班、按照上班時間對排班進(jìn)行排序、新增排班、修改排班以及刪除排班。請設(shè)計合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并提供代碼實(shí)現(xiàn)和性能分析