中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）《算法設(shè)計(jì)與分析》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）

《算法設(shè)計(jì)與分析》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)一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題1分，共20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、假設(shè)正在比較兩個(gè)算法的性能，除了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，還可以考慮哪些因素？（）A.算法的可讀性和可維護(hù)性B.算法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性C.算法對(duì)不同輸入數(shù)據(jù)的適應(yīng)性D.以上因素都需要考慮2、在算法的性能比較中，除了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，還需要考慮其他因素。以下關(guān)于算法性能比較的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.算法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)、編程語言和編譯器的優(yōu)化等因素可能會(huì)影響實(shí)際的性能表現(xiàn)B.對(duì)于一些特殊的輸入數(shù)據(jù)分布，不同算法的性能可能會(huì)有很大差異C.算法的可讀性和可維護(hù)性也是在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮的重要因素，不能僅僅關(guān)注性能D.只要兩個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度相同，它們?cè)趯?shí)際運(yùn)行中的性能就一定相同3、在算法的在線和離線性質(zhì)中，以下關(guān)于在線算法的描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.在輸入數(shù)據(jù)逐步給出的過程中進(jìn)行計(jì)算B.在線算法通常需要在有限的時(shí)間內(nèi)做出決策C.在線算法的性能通常優(yōu)于離線算法D.在線算法的設(shè)計(jì)需要考慮輸入的不確定性4、考慮一個(gè)分治法的應(yīng)用，將一個(gè)大問題分解為若干個(gè)規(guī)模較小且相互獨(dú)立的子問題，并分別求解。以下哪個(gè)算法是基于分治法的思想？（）A.歸并排序B.冒泡排序C.選擇排序D.插入排序5、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決背包問題的變種，例如允許物品可以被分割成部分放入背包。在這種情況下，以下哪種策略可能有助于提高算法的性能？（）A.動(dòng)態(tài)規(guī)劃B.貪心算法C.回溯法D.分治法6、在算法的正確性證明中，通常使用數(shù)學(xué)歸納法或者反證法。假設(shè)要證明一個(gè)排序算法的正確性，以下哪種方法可能更常用（）A.數(shù)學(xué)歸納法B.反證法C.兩者使用頻率相同D.以上方法都不常用7、對(duì)于分支限界法，假設(shè)要在一個(gè)解空間樹中搜索最優(yōu)解。以下哪種情況可能導(dǎo)致搜索效率低下？（）A.解空間樹的規(guī)模過大B.分支選擇策略不合理C.對(duì)解的估計(jì)不準(zhǔn)確D.以上情況都可能8、對(duì)于并行算法，假設(shè)要對(duì)一個(gè)大規(guī)模的矩陣進(jìn)行乘法運(yùn)算。以下哪種并行策略可能最有效地提高計(jì)算速度？（）A.數(shù)據(jù)劃分并行B.任務(wù)并行C.流水線并行D.以上策略結(jié)合9、在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的應(yīng)用中，背包問題是一個(gè)經(jīng)典的例子。假設(shè)我們有一個(gè)有限容量的背包和一組物品，每個(gè)物品有一定的價(jià)值和重量。以下關(guān)于背包問題的動(dòng)態(tài)規(guī)劃解法描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.定義一個(gè)二維數(shù)組來保存不同容量和物品組合下的最優(yōu)價(jià)值B.通過填充這個(gè)數(shù)組，從子問題的解逐步推導(dǎo)出整個(gè)問題的最優(yōu)解C.背包問題的動(dòng)態(tài)規(guī)劃解法可以保證得到最優(yōu)解，但時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度可能較高D.對(duì)于所有類型的背包問題（如0-1背包、完全背包、多重背包），都可以使用相同的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，無需進(jìn)行任何修改10、時(shí)間復(fù)雜度為O(n)的算法，其執(zhí)行時(shí)間與輸入規(guī)模n的關(guān)系是（）A.線性增長(zhǎng)B.指數(shù)增長(zhǎng)C.對(duì)數(shù)增長(zhǎng)D.不變11、在算法的隨機(jī)化算法中，通過引入隨機(jī)因素來提高算法的性能或解決一些確定性算法難以處理的問題。假設(shè)我們正在使用一個(gè)隨機(jī)化算法。以下關(guān)于隨機(jī)化算法的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.隨機(jī)化快速排序通過隨機(jī)選擇基準(zhǔn)元素來避免最壞情況的發(fā)生，提高平均性能B.隨機(jī)化算法的結(jié)果可能會(huì)因?yàn)殡S機(jī)因素的不同而有所差異，但在多次運(yùn)行后通常能夠得到較好的平均性能C.隨機(jī)化算法可以用于解決一些計(jì)算復(fù)雜性理論中的難解問題，如隨機(jī)化選擇算法可以在平均線性時(shí)間內(nèi)從無序數(shù)組中選擇第k小的元素D.隨機(jī)化算法由于引入了不確定性，因此其性能總是不如確定性算法穩(wěn)定和可靠12、分治法是一種重要的算法設(shè)計(jì)策略。以下關(guān)于分治法的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.分治法將一個(gè)復(fù)雜的問題分解成若干個(gè)規(guī)模較小、相互獨(dú)立且與原問題相同類型的子問題B.分治法通過遞歸地求解這些子問題，并將子問題的解合并得到原問題的解C.分治法適用于求解具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的問題D.分治法在分解問題時(shí)，子問題的規(guī)模必須完全相等13、在算法的穩(wěn)定性分析中，假設(shè)一個(gè)排序算法在對(duì)具有相同值的元素進(jìn)行排序時(shí)，可能會(huì)改變它們的相對(duì)順序。以下哪種情況會(huì)對(duì)算法的應(yīng)用產(chǎn)生較大影響？（）A.對(duì)有序數(shù)據(jù)進(jìn)行再次排序B.處理重復(fù)元素較多的數(shù)據(jù)C.與其他依賴元素順序的算法結(jié)合使用D.以上情況都會(huì)14、在算法的復(fù)雜度分析中，大O記號(hào)用于表示算法的上界。假設(shè)一個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2+nlogn)，隨著n的增大，其主要的增長(zhǎng)項(xiàng)是（）A.n^2B.nlognC.兩者增長(zhǎng)速度相同D.無法確定15、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.以上算法視問題特點(diǎn)而定16、在算法設(shè)計(jì)中，遞歸算法有時(shí)可以使問題的解決更加簡(jiǎn)潔。但是，遞歸算法也存在一些缺點(diǎn)，以下哪一項(xiàng)不屬于遞歸算法的缺點(diǎn)？（）A.可能會(huì)導(dǎo)致棧溢出錯(cuò)誤B.執(zhí)行效率通常比非遞歸算法低C.代碼的可讀性較差D.對(duì)于一些問題，可能難以找到有效的遞歸終止條件17、假設(shè)需要對(duì)一個(gè)有向無環(huán)圖進(jìn)行拓?fù)渑判颉Ｒ韵玛P(guān)于拓?fù)渑判虻拿枋?，哪一?xiàng)是正確的？（）A.拓?fù)渑判虻慕Y(jié)果是唯一的B.可以使用深度優(yōu)先搜索算法進(jìn)行拓?fù)渑判駽.拓?fù)渑判虻慕Y(jié)果取決于圖的存儲(chǔ)方式D.一個(gè)圖如果存在環(huán)，也可以進(jìn)行拓?fù)渑判?8、在算法的應(yīng)用領(lǐng)域中，圖像處理、自然語言處理和人工智能等都廣泛使用了各種算法。假設(shè)我們正在研究算法在圖像處理中的應(yīng)用。以下關(guān)于算法在圖像處理中的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.圖像壓縮算法如JPEG利用了變換編碼和量化等技術(shù)來減少圖像的數(shù)據(jù)量B.圖像邊緣檢測(cè)算法如Sobel算子通過計(jì)算圖像梯度來檢測(cè)圖像中的邊緣C.圖像分類算法通常基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，與傳統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)方法關(guān)系不大D.圖像濾波算法如高斯濾波用于去除圖像中的噪聲，同時(shí)保持圖像的主要特征19、在分治法的應(yīng)用中，快速排序是一個(gè)典型的例子。假設(shè)對(duì)一個(gè)幾乎有序的數(shù)組進(jìn)行排序，快速排序的性能可能會(huì)受到影響。為了改進(jìn)這種情況下的性能，以下哪種方法可能有效（）A.改用冒泡排序B.采用隨機(jī)選擇基準(zhǔn)元素C.增加排序的趟數(shù)D.以上方法都無效20、在隨機(jī)化算法的應(yīng)用中，假設(shè)要快速估計(jì)一個(gè)復(fù)雜函數(shù)的積分值。以下哪種隨機(jī)化方法通常被使用？（）A.蒙特卡羅方法B.拉斯維加斯算法C.舍伍德算法D.以上方法都有可能二、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）解釋在金融工程中使用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法。2、（本題5分）簡(jiǎn)述貪心算法在哈夫曼編碼中的應(yīng)用。3、（本題5分）分析冒泡排序在特定硬件架構(gòu)上的性能影響因素。4、（本題5分）說明如何用分支限界法解決多目標(biāo)優(yōu)化問題。5、（本題5分）闡述歸并排序在可擴(kuò)展性方面的特點(diǎn)。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)拓?fù)渑判颉?、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，求解字符串匹配問題的多種算法比較。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，求解最大團(tuán)問題。4、（本題5分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法，求解最大匹配問題的匈牙利算法的優(yōu)化版本。5、（本題5分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法，對(duì)給定的整數(shù)數(shù)組進(jìn)行插入排序。四、分析題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）給定一棵二叉樹，設(shè)計(jì)算法判斷它是否是平衡二叉樹，即任意節(jié)點(diǎn)的左右子樹高度差不超過1。對(duì)于給定的二叉樹，分析算法的執(zhí)行過程，計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，并探討如何優(yōu)化算法以提高判斷效率。2、（本題1