西南交通大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》2021-2022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》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______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、對(duì)于一個(gè)用鏈表表示的隊(duì)列，若隊(duì)頭指針為front，隊(duì)尾指針為rear，在進(jìn)行入隊(duì)操作時(shí)，新節(jié)點(diǎn)應(yīng)插入在？（）A.front之前B.rear之后C.front和rear之間D.任意位置2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于D/A轉(zhuǎn)換器的正弦波信號(hào)發(fā)生器電路，輸出頻率范圍為10Hz-10kHz，幅度可調(diào)，失真度小于5%。3、設(shè)計(jì)一個(gè)紅外線測(cè)距電路，能夠測(cè)量物體與傳感器之間的距離，測(cè)量范圍為10cm到100cm，精度為±1cm。4、在排序算法中，冒泡排序是一種簡(jiǎn)單的排序方法。假設(shè)一個(gè)數(shù)組的初始狀態(tài)接近有序，以下關(guān)于冒泡排序的性能，哪個(gè)描述是準(zhǔn)確的（）A.時(shí)間復(fù)雜度仍然是O(n^2)，效率低下B.時(shí)間復(fù)雜度接近O(n)，性能較好C.會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為更高效的排序算法D.無法確定其性能5、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，滿足多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸和資源共享需求。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于霍爾傳感器的電流測(cè)量電路，能夠測(cè)量0-10A的直流電流，精度達(dá)到0.1A。7、根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)音頻均衡器的自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，根據(jù)音頻內(nèi)容自動(dòng)優(yōu)化頻率響應(yīng)。8、運(yùn)用電子信息工程知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通信號(hào)燈自適應(yīng)控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)交通流量調(diào)整信號(hào)燈時(shí)間。9、考慮一個(gè)文本編輯程序，需要實(shí)現(xiàn)撤銷和重做的功能。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲(chǔ)操作的歷史記錄，以支持高效的撤銷和重做操作？（）A.隊(duì)列B.棧C.鏈表D.樹10、設(shè)計(jì)一個(gè)無線通信模塊低功耗電路，能夠降低無線通信模塊的功耗，延長(zhǎng)電池壽命。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警。12、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電力線通信系統(tǒng)，能夠在電力線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，包括調(diào)制解調(diào)電路和通信協(xié)議。13、設(shè)計(jì)一個(gè)集成電路制造工藝中的離子注入工藝參數(shù)優(yōu)化方案，提高注入的均勻性和準(zhǔn)確性。14、假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的緩存淘汰策略，除了LRU之外，還有一種常見的策略是FIFO（FirstInFirstOut）。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以方便地實(shí)現(xiàn)FIFO策略？（）A.隊(duì)列，先進(jìn)先出的特性符合FIFO要求B.棧，后進(jìn)先出，不符合FIFO策略C.堆，用于優(yōu)先級(jí)排序，不適合FIFOD.鏈表，需要額外的邏輯來實(shí)現(xiàn)FIFO15、在一個(gè)分布式系統(tǒng)中，需要對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步和合并。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合用于表示和處理這種分布式的數(shù)據(jù)？（）A.樹B.圖C.鏈表D.數(shù)組16、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像采集系統(tǒng)，使用CMOS圖像傳感器采集圖像，并通過USB接口將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。17、圖是一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在圖的存儲(chǔ)方式中，鄰接矩陣和鄰接表是常見的方法。以下關(guān)于鄰接矩陣存儲(chǔ)的描述，錯(cuò)誤的是（）A.適合存儲(chǔ)稠密圖B.存儲(chǔ)空間復(fù)雜度為O(V^2)，其中V是頂點(diǎn)數(shù)C.可以快速判斷任意兩個(gè)頂點(diǎn)之間是否有邊D.對(duì)于邊數(shù)較少的圖，存儲(chǔ)效率較高18、利用電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)汽車充電樁的功率模塊，實(shí)現(xiàn)高效充電和電能轉(zhuǎn)換。19、考慮一個(gè)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，有多個(gè)任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)和提交時(shí)間進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地管理這些任務(wù)，并保證高優(yōu)先級(jí)或早提交的任務(wù)先執(zhí)行？（）A.優(yōu)先隊(duì)列，根據(jù)優(yōu)先級(jí)和時(shí)間排序B.數(shù)組，通過索引訪問任務(wù)C.鏈表，按照提交順序存儲(chǔ)任務(wù)D.棧，先進(jìn)后出執(zhí)行任務(wù)20、假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)緩存系統(tǒng)，當(dāng)緩存滿時(shí)需要?jiǎng)h除最近最少使用的元素。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地支持這種操作？（）A.鏈表B.哈希表C.棧D.LRU緩存（使用雙向鏈表和哈希表）21、哈希表是一種通過哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)快速查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于哈希表的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.哈希函數(shù)將關(guān)鍵字映射到哈希表中的某個(gè)位置，理想情況下不同的關(guān)鍵字應(yīng)該映射到不同的位置B.處理哈希沖突的方法有開放尋址法和鏈地址法，鏈地址法通過在沖突位置建立鏈表來存儲(chǔ)沖突元素C.哈希表的查找、插入和刪除操作的平均時(shí)間復(fù)雜度都可以達(dá)到O(1)，但在最壞情況下可能會(huì)退化為O(n)D.哈希表的性能只取決于哈希函數(shù)的設(shè)計(jì)，與處理沖突的方法和表的裝填因子無關(guān)22、考慮一個(gè)在線游戲的玩家排行榜系統(tǒng)，需要根據(jù)玩家的得分實(shí)時(shí)更新排名，并且能夠快速獲取前幾名的玩家信息。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合可能是最合適的？（）A.用數(shù)組存儲(chǔ)玩家信息，每次更新進(jìn)行全排序B.構(gòu)建大根堆來存儲(chǔ)玩家得分，便于獲取前幾名C.利用鏈表存儲(chǔ)，通過比較逐個(gè)更新排名D.使用二叉搜索樹，根據(jù)得分進(jìn)行排序和查找23、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的無線遙控系統(tǒng)，控制距離不小于50米，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)設(shè)備的開關(guān)控制，說明系統(tǒng)組成和編碼方式。24、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電編碼器的電機(jī)位置測(cè)量系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位置。25、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)，通過控制加熱或制冷設(shè)備，使環(huán)境溫度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。26、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARMCortex-M7的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，支持無刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)，給出控制算法和硬件接口。27、設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)車位檢測(cè)、車輛引導(dǎo)和收費(fèi)管理等功能。28、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻放大器功率擴(kuò)展電路，能夠增加放大器的輸出功率，滿足更大功率的音頻播放需求。29、當(dāng)使用樹這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)時(shí)，二叉搜索樹是一種常見的類型。假設(shè)要在二叉搜索樹中快速查找一個(gè)特定的值，以下關(guān)于二叉搜索樹的性質(zhì)，哪個(gè)是關(guān)鍵的（）A.左子樹的值都小于根節(jié)點(diǎn)，右子樹的值都大于根節(jié)點(diǎn)B.每個(gè)節(jié)點(diǎn)的度不超過2C.樹的高度是固定的D.節(jié)點(diǎn)的值是隨機(jī)分布的30、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)智能工廠的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，滿足生產(chǎn)設(shè)備的高速通信和協(xié)同工作需求。二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）一個(gè)電影票務(wù)系統(tǒng)需要存儲(chǔ)電影場(chǎng)次信息，如場(chǎng)次編號(hào)、電影名稱、放映時(shí)間、影廳號(hào)、剩余座位數(shù)等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定場(chǎng)次、按照剩余座位數(shù)對(duì)場(chǎng)次進(jìn)行排序、新增場(chǎng)次、刪除已結(jié)束場(chǎng)次以及修改場(chǎng)次的剩余座位數(shù)。請(qǐng)選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述實(shí)現(xiàn)這些功能的算法和代碼，以及對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2、（本題5分）一個(gè)在線音樂平臺(tái)的歌單管理系統(tǒng)需要對(duì)用戶創(chuàng)建的歌單和歌曲信息進(jìn)行管理。歌單信息包括歌單編號(hào)、名稱、歌曲列表等，歌曲信息包括歌曲ID、名稱、歌手等。這些信息以鄰接多重表的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)歌單中的歌曲；（2）向歌單中添加或刪除歌曲；（3）合并兩個(gè)歌單；（4）統(tǒng)計(jì)用戶創(chuàng)建的歌單數(shù)量。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）某公司的員工管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)員工的基本信息，如員工編號(hào)、姓名、年齡、職位、工資等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定員工的信息、按照工資高低對(duì)員工進(jìn)行排序、新增和刪除員工記錄，并且支持對(duì)員工信息的修改。請(qǐng)確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述如何實(shí)現(xiàn)這些功能，包括算法設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)，以及對(duì)性能的分析。4、（本題5分）某在線音樂教學(xué)平臺(tái)需要記錄課程信息、學(xué)生信息、學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)完成情況等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支持教學(xué)過程的管理，實(shí)現(xiàn)課程安排、學(xué)生學(xué)習(xí)情況跟蹤、作業(yè)批改和成績(jī)統(tǒng)計(jì)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。5、（本題5分）在一個(gè)大型企業(yè)的項(xiàng)目管理系統(tǒng)中，需要記錄項(xiàng)目信息、任務(wù)分配和進(jìn)度情況。項(xiàng)目信息包括項(xiàng)目ID、項(xiàng)目名稱、負(fù)責(zé)人、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，任務(wù)分配包括任務(wù)ID、項(xiàng)目ID、責(zé)任人、任務(wù)描述，進(jìn)度情況包括任務(wù)ID、完成百分比、更新時(shí)間。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理項(xiàng)目數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的查詢、任務(wù)的跟蹤、進(jìn)度的更新，并生成項(xiàng)目進(jìn)度報(bào)告。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）闡述如何判斷一棵二叉樹是否為完全二叉樹，分析判斷的思路和時(shí)間復(fù)雜度。2、（本題5分）論述在Trie樹中，如何節(jié)省存儲(chǔ)空間，例如采用壓縮存儲(chǔ)或節(jié)點(diǎn)合并等方法。3、（本題5分）解釋如何在一個(gè)二叉搜索樹中實(shí)現(xiàn)迭代器，使得能夠按照中序遍歷的順序訪問節(jié)點(diǎn)，給出算法步驟和實(shí)現(xiàn)代碼，并分析其時(shí)間復(fù)雜度。4、（本題5分）在一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的二叉樹中，如何計(jì)算樹的高度，給出遞歸和非遞歸兩種算法的實(shí)現(xiàn)思路和時(shí)