中南大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》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》2022-2023學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分一、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)需要頻繁進(jìn)行插入、刪除和查找操作的數(shù)據(jù)集合，假設(shè)數(shù)據(jù)的規(guī)模較大且分布較為隨機(jī)。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在平均情況下能夠提供較好的性能？（）A.鏈表B.有序數(shù)組C.哈希表D.棧2、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。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字信號(hào)處理的音頻降噪耳機(jī)系統(tǒng)，有效降低環(huán)境噪聲對(duì)音頻的干擾。4、在二叉搜索樹中，左子樹的所有節(jié)點(diǎn)值都小于根節(jié)點(diǎn)值，右子樹的所有節(jié)點(diǎn)值都大于根節(jié)點(diǎn)值。假設(shè)存在一個(gè)二叉搜索樹，插入一系列值：50、30、70、20、40、60、80。在插入這些值后，要查找值為60的節(jié)點(diǎn)，以下哪種查找路徑是正確的？（）A.50-70-60B.50-30-40-60C.50-70-80-60D.50-30-20-605、設(shè)計(jì)一個(gè)高頻功率放大器電路，工作頻率在100MHz以上，輸出功率不小于10W，效率不低于50%，給出電路結(jié)構(gòu)和調(diào)試方法。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙模塊的智能體重秤，能夠測量體重、體脂率、肌肉量等身體指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)上傳至云端。7、根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星通信車載終端的收發(fā)系統(tǒng)，能夠在移動(dòng)中保持穩(wěn)定的通信連接。8、設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴電路，能夠產(chǎn)生不同音符的聲音，具有音量調(diào)節(jié)、音色選擇等功能。9、基于通信編碼技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)糾錯(cuò)編碼系統(tǒng)，能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼和糾錯(cuò)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?0、快速排序是一種高效的排序算法。對(duì)于快速排序的性能和特點(diǎn)，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.快速排序通過選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分為小于基準(zhǔn)和大于基準(zhǔn)的兩部分，然后對(duì)這兩部分分別進(jìn)行排序B.快速排序在平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)C.快速排序是一種不穩(wěn)定的排序算法，可能會(huì)改變相同元素的相對(duì)順序D.快速排序的空間復(fù)雜度主要取決于遞歸調(diào)用的?？臻g，最壞情況下為O(n)11、采用模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，能夠產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等常見信號(hào)，且頻率和幅度可調(diào)。12、當(dāng)需要構(gòu)建一個(gè)能夠表示家族關(guān)系的樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)家庭成員，并且需要方便地查找某個(gè)成員的祖先和后代。以下哪種樹形結(jié)構(gòu)最合適？（）A.二叉樹B.二叉搜索樹C.多叉樹D.紅黑樹13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的差分放大器電路，具有高共模抑制比和低噪聲特性。14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的微分器電路，能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行微分運(yùn)算，輸入信號(hào)頻率范圍為0-100Hz。15、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻濾波器擴(kuò)展電路，能夠增加濾波器的濾波類型和頻率范圍，并且具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。16、在一個(gè)需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行去重操作的數(shù)據(jù)處理任務(wù)中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地幫助實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能？（）A.集合B.樹C.鏈表D.隊(duì)列17、隊(duì)列也是一種常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，遵循先進(jìn)先出的原則。假設(shè)一個(gè)打印任務(wù)隊(duì)列，有文檔A、B、C依次進(jìn)入隊(duì)列，打印機(jī)每次只能處理一個(gè)任務(wù)。當(dāng)打印機(jī)處理完當(dāng)前任務(wù)后，會(huì)從隊(duì)列頭部取出下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行打印。如果文檔A正在打印，此時(shí)文檔D進(jìn)入隊(duì)列，那么接下來打印機(jī)將打印哪個(gè)文檔？（）A.BB.CC.DD.不確定18、在一個(gè)最小堆中，刪除堆頂元素后，需要重新調(diào)整堆以保持其性質(zhì)。以下哪種操作是正確的？（）A.將最后一個(gè)元素移到堆頂，然后向下調(diào)整B.將第一個(gè)元素移到末尾，然后向上調(diào)整C.重新構(gòu)建整個(gè)堆D.不進(jìn)行任何操作19、設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，工作頻率在ISM頻段，傳輸距離不小于100米，數(shù)據(jù)傳輸速率不低于1Mbps，說明系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)。20、假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以快速查找兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是否存在路徑的圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下哪種表示方法和搜索算法的組合最適合？（）A.鄰接矩陣和深度優(yōu)先搜索B.鄰接表和廣度優(yōu)先搜索C.鄰接矩陣和廣度優(yōu)先搜索D.鄰接表和深度優(yōu)先搜索21、利用通信原理知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠在一定距離內(nèi)穩(wěn)定傳輸數(shù)字信號(hào)，具備抗干擾和糾錯(cuò)能力，且傳輸速率達(dá)到特定要求。22、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字信號(hào)處理的語音降噪系統(tǒng)，能夠有效降低環(huán)境噪聲對(duì)語音信號(hào)的影響，提高語音質(zhì)量。23、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻均衡器參數(shù)自動(dòng)調(diào)整與存儲(chǔ)電路，能夠根據(jù)輸入音頻信號(hào)自動(dòng)調(diào)整均衡器參數(shù)，并將參數(shù)存儲(chǔ)起來供下次使用。24、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)據(jù)處理電路，能夠?qū)κ静ㄆ鞑杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并且具有圖形顯示功能。25、設(shè)計(jì)一個(gè)基于Wi-Fi6的無線局域網(wǎng)（WLAN）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，給出系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)。26、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛的存取、車位的分配和安全監(jiān)控功能。27、設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的數(shù)字示波器的觸發(fā)電路，能夠準(zhǔn)確捕捉輸入信號(hào)的特定特征，闡述觸發(fā)電路的原理和設(shè)計(jì)。28、在一個(gè)鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)的棧中，進(jìn)行出棧操作時(shí)，需要判斷棧是否為空，判斷條件是？（）A.棧頂指針為NULLB.棧頂指針指向的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為NULLC.棧頂指針的值小于0D.棧頂指針的值大于棧的最大容量29、設(shè)計(jì)一個(gè)基于無線通信技術(shù)的智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)交通流量優(yōu)化信號(hào)燈時(shí)間。30、設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并發(fā)出警報(bào)。二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）假設(shè)一個(gè)電商平臺(tái)要進(jìn)行促銷活動(dòng)，需要根據(jù)用戶的購買歷史和瀏覽記錄為其推薦相關(guān)商品。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)用戶的行為數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)推薦算法，能夠快速為用戶生成個(gè)性化的商品推薦列表。2、（本題5分）在一個(gè)大型企業(yè)的項(xiàng)目管理系統(tǒng)中，需要管理項(xiàng)目信息、任務(wù)分配、員工工作進(jìn)度和項(xiàng)目資源等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)這些信息，支持項(xiàng)目的創(chuàng)建、修改和刪除，任務(wù)的分配和跟蹤，員工工作進(jìn)度的更新和項(xiàng)目資源的調(diào)配，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中的風(fēng)險(xiǎn)和問題。3、（本題5分）一個(gè)在線購物車系統(tǒng)需要管理商品信息，包括商品編號(hào)、商品名稱、商品數(shù)量、商品單價(jià)、總價(jià)等。系統(tǒng)要能夠快速計(jì)算購物車總價(jià)、按照商品單價(jià)對(duì)商品進(jìn)行排序、添加商品、修改商品數(shù)量、刪除商品。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。4、（本題5分）一個(gè)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)需要管理課程信息，包括課程編號(hào)、課程名稱、授課教師、課程簡介、選課人數(shù)等。平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)快速查找特定課程、按照選課人數(shù)對(duì)課程進(jìn)行排序、新增和刪除課程，以及修改課程信息的功能。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并給出完整的代碼實(shí)現(xiàn)，同時(shí)討論其時(shí)間和空間效率。5、（本題5分）某網(wǎng)約車平臺(tái)需要根據(jù)乘客的出發(fā)地和目的地，快速匹配附近的司機(jī)。設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，實(shí)現(xiàn)高效的訂單匹配和行程規(guī)劃。三、簡答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）比較冒泡排序和快速排序在不同規(guī)模數(shù)據(jù)下的性能表現(xiàn)，并分析原因。2、（本題5分）在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，解釋棧的應(yīng)用場景，如表達(dá)式求值、括號(hào)匹配等，給出相應(yīng)的算法步驟和實(shí)現(xiàn)代碼。3、（本題5分）說明二叉樹的遍歷算法在二叉樹的層次遍歷變種問題（如之字形遍歷）中的應(yīng)用。4、（本題5分）解釋如何使用左偏樹實(shí)現(xiàn)合并優(yōu)先隊(duì)列，分析其特點(diǎn)和時(shí)間復(fù)雜度。5、（本題5