中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》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、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ADC和微控制器的溫度采集與報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。2、在一個(gè)需要對(duì)大量整數(shù)進(jìn)行排序的場(chǎng)景中，如果內(nèi)存空間有限，不能一次性容納所有數(shù)據(jù)，以下哪種排序算法可能是最合適的？（）A.冒泡排序，簡(jiǎn)單但效率低，不適合大數(shù)據(jù)量B.快速排序，通常在內(nèi)存中進(jìn)行，不適合內(nèi)存受限情況C.歸并排序，可以采用外部排序的方式處理大數(shù)據(jù)量D.插入排序，適用于少量數(shù)據(jù)，不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)3、在排序算法中，選擇排序是一種簡(jiǎn)單的排序方法，以下關(guān)于選擇排序的描述，正確的是：（）A.選擇排序在每一輪選擇未排序部分的最小元素，與當(dāng)前位置的元素交換B.選擇排序在最好和最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度都是O(nlogn)C.選擇排序是一種穩(wěn)定的排序算法，不會(huì)改變相同元素的相對(duì)順序D.選擇排序的空間復(fù)雜度較高，需要額外的大量輔助空間4、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的智能溫室控制系統(tǒng)，能夠調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度。5、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙模塊和手機(jī)應(yīng)用的智能家居遙控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。6、在選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮多種因素。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇的考慮因素，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.數(shù)據(jù)的規(guī)模和操作的頻繁程度會(huì)影響數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇B.對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)方式（如隨機(jī)訪問(wèn)、順序訪問(wèn)）也是選擇的重要因素C.空間效率通常比時(shí)間效率更重要，應(yīng)優(yōu)先考慮節(jié)省存儲(chǔ)空間D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性和靈活性在某些情況下也需要納入考慮7、設(shè)計(jì)一個(gè)±12V轉(zhuǎn)±5V的DC-DC電源轉(zhuǎn)換電路，輸出電流不小于0.5A，給出原理圖和PCB布線。8、在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理中，需要有效地存儲(chǔ)和替換緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)頁(yè)，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)性能。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法常用于緩沖區(qū)的管理？（）A.LRU（最近最少使用）算法和鏈表B.FIFO（先進(jìn)先出）算法和隊(duì)列C.MRU（最近最多使用）算法和棧D.Random（隨機(jī)）算法和數(shù)組9、設(shè)計(jì)一個(gè)電子血壓計(jì)電路，能夠測(cè)量人體血壓，測(cè)量精度為±3mmHg，并且具有顯示和存儲(chǔ)功能。10、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，排序算法是非常重要的一部分。冒泡排序是一種簡(jiǎn)單的排序算法，它通過(guò)反復(fù)比較相鄰的元素并交換位置來(lái)將數(shù)組排序。對(duì)于一個(gè)包含n個(gè)元素的數(shù)組，冒泡排序的最壞時(shí)間復(fù)雜度為：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(logn)11、根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)音頻回聲消除系統(tǒng)，消除語(yǔ)音通信中的回聲干擾。12、設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的雨衰補(bǔ)償電路，提高系統(tǒng)在惡劣天氣條件下的通信性能。13、根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)一個(gè)短波通信系統(tǒng)，能夠在遠(yuǎn)距離通信中保證信號(hào)的可靠傳輸。14、并查集是一種用于處理集合合并和查詢的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于并查集的操作，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.可以快速判斷兩個(gè)元素是否屬于同一個(gè)集合B.合并兩個(gè)集合的操作時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，其中n是集合中的元素?cái)?shù)量C.通過(guò)路徑壓縮和按秩合并等優(yōu)化方法可以提高并查集的效率D.并查集常用于解決圖的連通性問(wèn)題和動(dòng)態(tài)集合管理問(wèn)題15、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像銳化系統(tǒng)，能夠增強(qiáng)圖像的邊緣和細(xì)節(jié)，說(shuō)明算法和硬件實(shí)現(xiàn)。16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字濾波器和單片機(jī)的電機(jī)噪聲抑制系統(tǒng)，降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲。17、利用電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)充電樁控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的充電管理和保護(hù)功能。18、AVL樹(shù)是一種平衡二叉搜索樹(shù)。關(guān)于AVL樹(shù)的特點(diǎn)，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.AVL樹(shù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)操作來(lái)保持樹(shù)的平衡，左右子樹(shù)的高度差不超過(guò)1B.在AVL樹(shù)中進(jìn)行插入和刪除操作后，需要通過(guò)調(diào)整來(lái)恢復(fù)平衡，時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)C.AVL樹(shù)的查找效率在最壞情況下也能保證為O(logn)D.AVL樹(shù)的空間復(fù)雜度比普通二叉搜索樹(shù)高，不適合存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee的智能路燈節(jié)能系統(tǒng)，能夠根據(jù)道路上的行人和車輛情況自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。20、設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用FOC控制算法，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速和位置控制，給出系統(tǒng)組成和軟件流程。21、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字電位器和運(yùn)放的音頻增益自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)輸入信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整增益。22、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ADC和微控制器的氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)，能夠檢測(cè)多種常見(jiàn)氣體（如CO、CO?、CH?等）的濃度。23、運(yùn)用電子信息工程知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)汽車電子防盜系統(tǒng)，具備車輛定位、遠(yuǎn)程鎖車和報(bào)警等功能。24、設(shè)計(jì)一個(gè)LED點(diǎn)陣顯示屏電路，能夠顯示文字和圖形，顯示顏色為紅色和綠色。25、利用電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和充放電控制。26、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能安防系統(tǒng)，能夠檢測(cè)入侵、火災(zāi)等異常情況，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)和通知用戶。27、設(shè)計(jì)一個(gè)基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘，具有時(shí)分秒顯示、設(shè)置和鬧鐘功能，給出硬件電路和程序代碼。28、假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)LRU（LeastRecentlyUsed）緩存，當(dāng)緩存滿時(shí)，刪除最近最少使用的元素。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能？（）A.數(shù)組結(jié)合鏈表，通過(guò)移動(dòng)鏈表節(jié)點(diǎn)來(lái)標(biāo)記使用頻率B.哈希表結(jié)合雙向鏈表，能夠快速查找和調(diào)整元素順序C.棧，后進(jìn)先出，無(wú)法體現(xiàn)使用頻率D.隊(duì)列，先進(jìn)先出，不能區(qū)分元素的使用頻率29、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，并通過(guò)控制加熱或制冷設(shè)備將溫度穩(wěn)定在設(shè)定值的±1℃范圍內(nèi)。30、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，文件操作也是一個(gè)重要方面。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與文件操作的描述，不正確的是：（）A.可以將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文件中，以便長(zhǎng)期保存和后續(xù)使用B.在從文件中讀取數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)的格式和轉(zhuǎn)換C.對(duì)于大型文件，可以采用分塊讀取和處理的方式，避免一次性將全部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存D.文件操作與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇和使用無(wú)關(guān)，只需要關(guān)注文件的讀寫方法和權(quán)限二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）某公司的會(huì)議安排管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)會(huì)議的信息，如會(huì)議編號(hào)、會(huì)議主題、會(huì)議時(shí)間、參會(huì)人員、會(huì)議室編號(hào)等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定會(huì)議、按照會(huì)議時(shí)間對(duì)會(huì)議進(jìn)行排序、新增會(huì)議安排、修改會(huì)議信息、取消會(huì)議。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)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。2、（本題5分）一個(gè)大型企業(yè)的人力資源管理系統(tǒng)需要對(duì)員工的績(jī)效評(píng)估和培訓(xùn)記錄進(jìn)行管理。員工信息包括員工編號(hào)、姓名、績(jī)效評(píng)估、培訓(xùn)課程等。這些信息以優(yōu)先隊(duì)列的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）按照績(jī)效評(píng)估得分對(duì)員工進(jìn)行排序；（2）為績(jī)效優(yōu)秀的員工安排優(yōu)先培訓(xùn)課程；（3）刪除離職員工的信息；（4）統(tǒng)計(jì)參加過(guò)特定培訓(xùn)課程的員工人數(shù)。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（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。4、（本題5分）一個(gè)在線論壇需要管理帖子、回復(fù)、用戶信息和板塊分類等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些信息，支持帖子的發(fā)布、刪除、查找和排序，回復(fù)的管理，用戶信息的存儲(chǔ)和權(quán)限設(shè)置，以及板塊的分類和管理，并能夠?qū)崿F(xiàn)熱門帖子和最新回復(fù)的展示。5、（本題5分）某航空公司的訂票系統(tǒng)需要對(duì)航班信息和乘客訂票情況進(jìn)行管理。航班信息包括航班號(hào)、起降時(shí)間、起降地點(diǎn)、座位數(shù)量等，乘客訂票信息包括乘客姓名、身份證號(hào)、航班號(hào)、座位號(hào)等。這些信息以哈希表和鏈表的組合形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)航班的剩余座位數(shù)量；（2）為乘客預(yù)訂指定航班的座位；（3）取消乘客的訂票；（4）統(tǒng)計(jì)每個(gè)航班的訂票人數(shù)。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）詳細(xì)論述在利用二叉搜索樹(shù)進(jìn)行刪除操作時(shí)，若刪除的節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，如何選擇替代節(jié)點(diǎn)并保持樹(shù)的性質(zhì)。2、（本題5分）解釋什么是跳表的空間復(fù)雜度和查找效率。3、（本題5分）解釋在一個(gè)帶權(quán)有向圖中，如何使用迪杰斯特拉算法求解單源最短路徑問(wèn)題。4、（本題5分）解釋在鏈