鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實驗》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實驗》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、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、在一個圖像處理程序中，需要對圖像的像素進行頻繁的操作和存儲。如果圖像是一個二維的灰度圖像，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最適合存儲像素值的？（）A.二維數(shù)組，直觀表示圖像像素B.鏈表數(shù)組，每個鏈表存儲一行像素C.二叉樹，按照像素值大小存儲D.哈希表，通過像素坐標(biāo)映射值2、二叉搜索樹是一種特殊的二叉樹，在查找和操作上具有一定的優(yōu)勢。對于二叉搜索樹的特點，以下描述哪一項是不正確的？（）A.左子樹上所有節(jié)點的值均小于根節(jié)點的值，右子樹上所有節(jié)點的值均大于根節(jié)點的值B.中序遍歷二叉搜索樹可以得到一個有序的序列C.插入、刪除和查找操作在平均情況下的時間復(fù)雜度均為O(logn)，其中n是節(jié)點數(shù)量D.二叉搜索樹一定是平衡的，即左右子樹的高度差不超過13、設(shè)計一個基于單片機的智能垃圾桶，當(dāng)垃圾裝滿時自動發(fā)送信號通知清理。4、設(shè)計一個數(shù)字頻率計多功能電路，能夠同時測量頻率、周期、占空比等參數(shù)，并且具有數(shù)據(jù)存儲和打印功能。5、設(shè)計一個簡單的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用Zigbee技術(shù)，實現(xiàn)多個節(jié)點之間的通信，描述系統(tǒng)的硬件組成和軟件流程。6、設(shè)計一個基于FPGA的圖像識別系統(tǒng)，能夠識別簡單的物體和形狀，給出硬件設(shè)計和算法流程。7、根據(jù)數(shù)字信號處理知識，設(shè)計一個數(shù)字音樂合成器，能夠生成各種樂器的聲音和音樂旋律。8、設(shè)計一個簡單的無線通信收發(fā)系統(tǒng)，工作在特定頻段，采用合適的調(diào)制解調(diào)方式，實現(xiàn)短距離的數(shù)據(jù)傳輸，并分析其性能。9、設(shè)計一個基于傳感器的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測溫度、濕度、光照強度、PM2.5等環(huán)境參數(shù)，并通過Wi-Fi將數(shù)據(jù)上傳到云平臺。10、設(shè)計一個基于FPGA的高速數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，支持AES或RSA加密算法，給出硬件實現(xiàn)和性能分析。11、對于一個經(jīng)常需要在頭部和尾部進行插入和刪除操作的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，假設(shè)我們正在設(shè)計一個程序來管理一個排隊系統(tǒng)。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最為合適？（）A.棧B.隊列C.雙端隊列D.循環(huán)隊列12、設(shè)計一個基于運放的音頻前置放大器，具有高輸入阻抗、低噪聲和一定的增益，用于提升音頻信號質(zhì)量。13、設(shè)計一個數(shù)字信號處理中IIR濾波器和FIR濾波器的性能比較方案，在相同條件下分析濾波效果和資源消耗。14、設(shè)計一個數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，能夠?qū)斎雸D像進行灰度化、濾波、邊緣檢測等基本操作，顯示處理結(jié)果。15、設(shè)計一個基于FPGA的圖像銳化系統(tǒng)，能夠增強圖像的邊緣和細節(jié)，說明算法和硬件實現(xiàn)。16、設(shè)計一個基于藍牙5.0技術(shù)的無線音頻傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)高質(zhì)量的音頻數(shù)據(jù)傳輸，給出系統(tǒng)的性能測試結(jié)果。17、設(shè)計一個基于數(shù)字信號處理的語音降噪系統(tǒng)，能夠有效降低環(huán)境噪聲對語音信號的影響，提高語音質(zhì)量。18、動態(tài)數(shù)組是一種可以動態(tài)調(diào)整大小的數(shù)組。以下關(guān)于動態(tài)數(shù)組的描述，錯誤的是：（）A.動態(tài)數(shù)組可以根據(jù)需要自動增加或減少存儲空間B.動態(tài)數(shù)組在插入元素時可能需要重新分配內(nèi)存C.動態(tài)數(shù)組的實現(xiàn)通?；陟o態(tài)數(shù)組D.動態(tài)數(shù)組的性能一定優(yōu)于靜態(tài)數(shù)組19、使用運算放大器設(shè)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(shè)計和參數(shù)計算。20、設(shè)計一個音頻功率放大器，采用甲類放大方式，在8Ω負載下輸出功率不小于10W，給出電路設(shè)計和熱設(shè)計。21、設(shè)計一個基于單片機的智能小車控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)小車的前進、后退、轉(zhuǎn)彎、調(diào)速等功能，并具備避障功能。22、設(shè)計一個音頻濾波器參數(shù)優(yōu)化電路，能夠根據(jù)輸入音頻信號的特點自動優(yōu)化濾波器的參數(shù)，提高音頻質(zhì)量。23、設(shè)計一個溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析與預(yù)警電路，能夠?qū)囟葌鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)進行分析，當(dāng)溫度異常時發(fā)出預(yù)警信號。24、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，棧是一種特殊的線性表，遵循先進后出的原則。假設(shè)一個程序需要對一系列操作進行逆序處理，例如計算表達式的值或者實現(xiàn)函數(shù)調(diào)用的嵌套。以下哪種應(yīng)用場景最適合使用棧這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（）A.按照優(yōu)先級對任務(wù)進行排序B.存儲一組無序的整數(shù)并進行快速查找C.模擬瀏覽器的前進和后退功能D.實現(xiàn)一個優(yōu)先隊列25、設(shè)計一個基于運算放大器的正弦波振蕩器電路，輸出頻率為1kHz，幅度穩(wěn)定。26、跳表是一種基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。關(guān)于跳表的特點，以下描述哪一項是不正確的？（）A.跳表通過在鏈表中增加多層索引來提高查找效率B.插入和刪除操作在平均情況下的時間復(fù)雜度為O(logn)C.跳表的空間復(fù)雜度比普通鏈表高，但低于平衡二叉搜索樹D.跳表的性能不受數(shù)據(jù)分布的影響，始終保持較好的查找效率27、設(shè)計一個數(shù)字頻率計，采用計數(shù)法和測周期法相結(jié)合，測量范圍為1Hz至100MHz，給出系統(tǒng)方案和誤差分析。28、設(shè)計一個基于模擬乘法器的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），分析其性能和誤差。29、設(shè)計一個簡單的無線充電系統(tǒng)，輸出功率為5W，充電效率不低于70%，能夠為手機等設(shè)備進行無線充電。30、設(shè)計一個基于編碼器和驅(qū)動器的步進電機控制系統(tǒng)，能夠精確控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）假設(shè)一個在線投票系統(tǒng)需要記錄投票主題、選項和投票人的投票情況。投票主題包括主題ID、主題名稱、開始時間、結(jié)束時間，選項包括選項ID、主題ID、選項內(nèi)容，投票情況包括投票人ID、主題ID、選項ID。請設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些數(shù)據(jù)，能夠快速統(tǒng)計每個選項的票數(shù)、查詢投票結(jié)果、防止重復(fù)投票，并在投票結(jié)束后生成投票報告。2、（本題5分）某醫(yī)院的藥品庫存管理系統(tǒng)需要對藥品的種類、數(shù)量和有效期進行管理。藥品信息包括藥品編號、名稱、數(shù)量、有效期等。這些信息以哈希桶的形式存儲。請設(shè)計算法實現(xiàn)以下功能：（1）查詢某種藥品的庫存數(shù)量和有效期；（2）藥品入庫時添加信息；（3）藥品過期時刪除信息；（4）統(tǒng)計即將過期的藥品數(shù)量。分析算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）一個在線游戲的玩家信息管理系統(tǒng)需要存儲玩家的信息，如玩家編號、玩家昵稱、游戲等級、游戲積分、在線狀態(tài)等。系統(tǒng)要實現(xiàn)快速查找特定玩家、按照游戲積分對玩家進行排名、新增玩家、刪除玩家以及更新玩家的在線狀態(tài)和游戲等級。請確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細說明算法和代碼實現(xiàn)，同時討論性能優(yōu)化策略。4、（本題5分）一個在線家居設(shè)計平臺需要存儲家具模型、用戶設(shè)計方案和材料清單。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來方便用戶設(shè)計和修改方案，并生成報價單。5、（本題5分）某電商平臺的促銷活動規(guī)則管理系統(tǒng)需要定義不同的促銷活動類型、適用商品、優(yōu)惠條件、活動時間等。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲和管理促銷活動規(guī)則，支持活動的創(chuàng)建、修改、刪除和查詢，能夠準(zhǔn)確計算商品在活動中的優(yōu)惠價格。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋在一個具有n個節(jié)點的有向無環(huán)圖中，如何計算每個節(jié)點的入度和出度。2、（本題5分）詳細闡述如何在一個圖中使用深度優(yōu)先搜索計算頂點的連通度。3、（本題5分）解釋什么是桶排序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，說明其原理和應(yīng)用場景，并闡述如何進行排序操作。4、（本題5分）詳細說明在一個具有n個頂點的有向圖中，如何判斷圖中是否存在環(huán)