江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)與應(yīng)用》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2023-2024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、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、溫度、酸堿度等參數(shù)。2、歸并排序是一種基于分治思想的排序算法。以下關(guān)于歸并排序的描述，不正確的是（）A.將數(shù)組不斷分成兩半，分別排序后再合并B.歸并排序的時(shí)間復(fù)雜度始終為O(nlog?n)C.歸并排序是一種穩(wěn)定的排序算法D.歸并排序的空間復(fù)雜度較高，為O(n)3、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字音頻處理中的音頻特效生成和控制模塊，分析特效的多樣性和可控性。4、設(shè)計(jì)一個(gè)基于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)站，能夠監(jiān)測(cè)溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速等多種環(huán)境參數(shù)。5、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能路燈控制器智能管理與節(jié)能優(yōu)化電路，能夠?qū)崿F(xiàn)路燈的智能管理和節(jié)能優(yōu)化，提高能源利用效率。6、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字存儲(chǔ)示波器觸發(fā)與存儲(chǔ)優(yōu)化電路，能夠提高示波器的觸發(fā)準(zhǔn)確性和存儲(chǔ)效率。7、設(shè)計(jì)一個(gè)高頻射頻放大器電路，工作頻率在5GHz，增益大于20dB，給出電路結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性分析。8、在樹(shù)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，二叉樹(shù)是一種重要的類(lèi)型。關(guān)于二叉樹(shù)的性質(zhì)，以下正確的是：（）A.一棵深度為k的滿(mǎn)二叉樹(shù)，其節(jié)點(diǎn)總數(shù)為2^k-1B.二叉樹(shù)的中序遍歷結(jié)果是節(jié)點(diǎn)值的升序排列（假設(shè)節(jié)點(diǎn)值為整數(shù)）C.任何一棵二叉樹(shù)，其葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)一定等于度為2的節(jié)點(diǎn)數(shù)加1D.二叉樹(shù)的前序遍歷和后序遍歷結(jié)果一定不同9、設(shè)計(jì)一個(gè)電子秤數(shù)據(jù)傳輸與加密電路，能夠?qū)㈦娮映拥臏y(cè)量數(shù)據(jù)安全地傳輸?shù)狡渌O(shè)備，并進(jìn)行加密保護(hù)。10、利用數(shù)字電路技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)商品選擇、支付和出貨功能。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像增強(qiáng)系統(tǒng)，能夠?qū)D像進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)、亮度調(diào)整等操作。12、并查集是一種用于處理集合合并和查詢(xún)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13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的積分器電路，積分時(shí)間常數(shù)可調(diào)，輸入信號(hào)頻率范圍為0-100Hz。14、利用通信原理知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線(xiàn)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。15、考慮一個(gè)在線(xiàn)游戲排行榜系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)更新玩家的得分和排名，并能夠快速地獲取前幾名玩家的信息。對(duì)于這樣的需求，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的結(jié)合是最恰當(dāng)?shù)?？（）A.快速排序和數(shù)組，實(shí)現(xiàn)得分排序和排名更新B.歸并排序和鏈表，處理玩家得分?jǐn)?shù)據(jù)C.插入排序和棧，更新玩家排名D.堆排序和優(yōu)先隊(duì)列，高效維護(hù)排行榜16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燈光、窗簾、空調(diào)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能管理。17、在圖這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，鄰接矩陣和鄰接表是兩種常見(jiàn)的存儲(chǔ)方式。假設(shè)一個(gè)圖的頂點(diǎn)數(shù)量很多，但邊的數(shù)量相對(duì)較少。為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，以下哪種存儲(chǔ)方式可能更優(yōu)（）A.鄰接矩陣B.鄰接表C.十字鏈表D.都一樣，沒(méi)有區(qū)別18、設(shè)計(jì)一個(gè)基于霍爾效應(yīng)的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x，能夠測(cè)量0-1T的磁場(chǎng)強(qiáng)度，精度達(dá)到0.01T。19、對(duì)于一個(gè)順序存儲(chǔ)的線(xiàn)性表，要在表頭插入一個(gè)新元素，需要移動(dòng)的元素個(gè)數(shù)為？（）A.0B.1C.nD.n-120、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能家電控制系統(tǒng)，能夠通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制家電的開(kāi)關(guān)和工作模式。21、根據(jù)傳感器原理，設(shè)計(jì)一個(gè)用于氣象監(jiān)測(cè)的風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向。22、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)景中，假設(shè)我們正在開(kāi)發(fā)一個(gè)在線(xiàn)圖書(shū)館管理系統(tǒng)，需要高效地存儲(chǔ)和檢索大量的圖書(shū)信息，包括書(shū)名、作者、出版年份、分類(lèi)等。為了能夠快速根據(jù)書(shū)名或作者查找特定的圖書(shū)，同時(shí)能夠方便地按照出版年份進(jìn)行排序和瀏覽，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲(chǔ)這些圖書(shū)數(shù)據(jù)？（）A.數(shù)組B.鏈表C.二叉搜索樹(shù)D.哈希表23、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求進(jìn)行決策。假設(shè)我們要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.如果需要頻繁進(jìn)行插入和刪除操作，且對(duì)查找效率要求不高，可以選擇鏈表B.如果數(shù)據(jù)量較大且需要高效的查找和排序，二叉搜索樹(shù)是一個(gè)較好的選擇C.對(duì)于需要支持范圍查詢(xún)的數(shù)據(jù)，B+樹(shù)通常比二叉搜索樹(shù)更合適D.無(wú)論什么情況，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)只考慮操作的時(shí)間復(fù)雜度，不需要考慮空間復(fù)雜度24、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的智能電表抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。25、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻功率放大器的散熱系統(tǒng)，保證放大器在高功率輸出時(shí)的穩(wěn)定工作，給出散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和熱分析。26、根據(jù)傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)用于農(nóng)業(yè)溫室的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等。27、使用集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)ADC轉(zhuǎn)換器，給出轉(zhuǎn)換精度、速度和功耗等性能指標(biāo)，并進(jìn)行電路實(shí)現(xiàn)。28、圖的廣度優(yōu)先搜索使用隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)，在搜索過(guò)程中，以下哪個(gè)操作是關(guān)鍵的？（）A.入隊(duì)未訪(fǎng)問(wèn)的鄰接頂點(diǎn)B.出隊(duì)當(dāng)前頂點(diǎn)C.標(biāo)記已訪(fǎng)問(wèn)的頂點(diǎn)D.以上操作都很關(guān)鍵29、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能門(mén)禁系統(tǒng)，能夠通過(guò)指紋識(shí)別、密碼輸入或刷卡方式進(jìn)行身份驗(yàn)證，控制門(mén)的開(kāi)關(guān)。30、字符串在計(jì)算機(jī)程序中經(jīng)常被處理，也有相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。以下關(guān)于字符串的存儲(chǔ)和操作，錯(cuò)誤的是：（）A.字符串可以采用定長(zhǎng)數(shù)組存儲(chǔ)，也可以采用動(dòng)態(tài)分配的字符指針存儲(chǔ)B.字符串的比較操作可以逐個(gè)字符比較，也可以使用庫(kù)函數(shù)直接比較C.字符串的拼接操作通常需要重新分配內(nèi)存空間，以容納拼接后的結(jié)果D.字符串的查找操作只能從字符串的開(kāi)頭開(kāi)始，不能從中間位置開(kāi)始二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）一個(gè)健身房管理系統(tǒng)需要記錄會(huì)員的信息、鍛煉計(jì)劃、課程預(yù)約和消費(fèi)記錄。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化會(huì)員管理和服務(wù)提供。2、（本題5分）一個(gè)學(xué)校的教材管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)教材的信息，包括教材編號(hào)、教材名稱(chēng)、作者、出版社、庫(kù)存數(shù)量、已預(yù)訂數(shù)量等。系統(tǒng)要支持快速查找特定教材、按照庫(kù)存數(shù)量對(duì)教材進(jìn)行排序、新增教材采購(gòu)、修改預(yù)訂數(shù)量、刪除不再使用的教材。請(qǐng)確定恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述算法和代碼實(shí)現(xiàn)，以及性能優(yōu)化策略。3、（本題5分）在一個(gè)在線(xiàn)游戲中，玩家的角色信息需要被實(shí)時(shí)更新和存儲(chǔ)。角色信息包括角色I(xiàn)D、角色名、等級(jí)、經(jīng)驗(yàn)值、裝備列表、技能列表等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些角色數(shù)據(jù)，以便能夠快速查詢(xún)角色的詳細(xì)信息、按照等級(jí)進(jìn)行排序、更新角色的經(jīng)驗(yàn)值和裝備，并處理多個(gè)玩家同時(shí)進(jìn)行的操作。4、（本題5分）一個(gè)視頻網(wǎng)站需要對(duì)用戶(hù)的觀看歷史和偏好進(jìn)行分析，以提供個(gè)性化的推薦。用戶(hù)的觀看歷史以字典樹(shù)的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）根據(jù)用戶(hù)的觀看歷史推薦相關(guān)視頻；（2）統(tǒng)計(jì)用戶(hù)觀看某類(lèi)視頻的次數(shù)；（3）更新用戶(hù)的觀看歷史；（4）處理大量用戶(hù)數(shù)據(jù)時(shí)，如何優(yōu)化字典樹(shù)的存儲(chǔ)和查詢(xún)效率。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。5、（本題5分）某城市的公共自行車(chē)租賃管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)自行車(chē)的信息，如自行車(chē)編號(hào)、租賃點(diǎn)編號(hào)、是否可用、租賃時(shí)間、歸還時(shí)間等。系統(tǒng)要能夠快速查找可用自行車(chē)、按照租賃時(shí)間對(duì)自行車(chē)進(jìn)行排序、記錄自行車(chē)的租賃和歸還操作、統(tǒng)計(jì)租賃次數(shù)。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。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）解釋如何對(duì)一個(gè)數(shù)組進(jìn)行快速選擇操作（如選擇第k大的元素），給出算法步驟和實(shí)現(xiàn)代碼，并分析其平均時(shí)間復(fù)雜度。2、（本題5分）深入解釋在具有n個(gè)頂點(diǎn)的帶權(quán)有向圖中，如何使用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法求解單源最短路徑，并分析其時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）論述如何在一個(gè)有向圖中計(jì)算強(qiáng)連通分量，給出具體的算法步驟。4、（本題5分）論述在廣度優(yōu)