武漢大學(xué)《數(shù)據(jù)科學(xué)與智能技術(shù)概論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁武漢大學(xué)

《數(shù)據(jù)科學(xué)與智能技術(shù)概論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個(gè)小題，每小題1分，共25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、基于通信糾錯(cuò)編碼和交織技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)抗衰落通信系統(tǒng)，提高在惡劣信道條件下的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。2、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)原理，設(shè)計(jì)一個(gè)物流配送中心的貨物跟蹤系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方案，實(shí)時(shí)掌握貨物位置和狀態(tài)。3、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估中，除了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，平均情況下的性能也是重要的考慮因素。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在大多數(shù)情況下操作效率很高，但在某些特殊輸入下性能急劇下降。以下關(guān)于這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)，哪個(gè)是合理的（）A.是一種優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況性能好B.不是一種好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇嬖谛阅芷款iC.需要根據(jù)具體應(yīng)用場景來判斷其優(yōu)劣D.以上評(píng)價(jià)都不準(zhǔn)確4、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)的訪問方式（如隨機(jī)訪問、順序訪問）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5、設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的精確控制和調(diào)速，包括驅(qū)動(dòng)電路和控制程序的設(shè)計(jì)。6、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路中的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密和解密功能，分析加密強(qiáng)度和效率。7、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號(hào)傳輸中的同步恢復(fù)電路，能夠從接收信號(hào)中準(zhǔn)確恢復(fù)出同步信息，分析恢復(fù)的精度和穩(wěn)定性。8、設(shè)計(jì)一個(gè)用于工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)位控制、軌跡規(guī)劃和速度控制，說明控制算法和驅(qū)動(dòng)器選型。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32微控制器的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，支持PWM調(diào)速和閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的精確調(diào)速，提供控制算法和程序框架。10、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)，采用等精度測量法，測量范圍為10Hz至100MHz，給出系統(tǒng)方案和誤差分析。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)短距離設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，給出系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。12、假設(shè)正在開發(fā)一個(gè)文件壓縮軟件，需要對(duì)文件中的重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和壓縮。為了有效地查找和處理重復(fù)的數(shù)據(jù)段，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最關(guān)鍵的？（）A.并查集，用于合并重復(fù)的數(shù)據(jù)段B.線段樹，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)段的出現(xiàn)頻率C.字典，存儲(chǔ)已經(jīng)出現(xiàn)過的數(shù)據(jù)段D.拓?fù)渑判?，確定數(shù)據(jù)段的處理順序13、設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的電力線通信系統(tǒng)，能夠在電力線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，包括調(diào)制解調(diào)電路和通信協(xié)議。14、設(shè)計(jì)一個(gè)提高通信系統(tǒng)信道容量的方案，考慮采用新的技術(shù)和方法，評(píng)估方案的可行性和有效性。15、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包過濾系統(tǒng)，需要根據(jù)數(shù)據(jù)包的源地址、目的地址、協(xié)議類型等信息進(jìn)行快速的過濾和處理。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合最適合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的高效過濾？（）A.決策樹和分類算法B.位圖和位運(yùn)算C.圖和最短路徑算法D.數(shù)組和遍歷算法16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于Wi-Fi的智能家居網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同智能家居設(shè)備之間的互聯(lián)互通和集中控制。17、設(shè)計(jì)一個(gè)紅外遙控系統(tǒng)，能夠通過遙控器對(duì)設(shè)備進(jìn)行開、關(guān)、音量調(diào)節(jié)等操作，遙控距離不小于5米。18、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，支持SATA或NVMe接口，給出硬件設(shè)計(jì)和性能測試。19、在一個(gè)需要對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行去重操作的場景中，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.集合，自動(dòng)去除重復(fù)元素B.數(shù)組，需要額外的算法進(jìn)行去重C.鏈表，去重操作復(fù)雜且效率低D.棧，不適合進(jìn)行去重操作20、設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收模塊，能夠接收并解析衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算定位信息，評(píng)估定位精度。21、在一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的二叉樹中，度為0的節(jié)點(diǎn)（即葉子節(jié)點(diǎn)）數(shù)量為n0，度為2的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n2，則n0和n2之間存在什么樣的關(guān)系？（）A.n0=n2-1B.n0=n2+1C.n0=2n2D.n0=n222、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字電路的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)紅、綠、黃三種燈的交替閃爍，并且可以根據(jù)不同時(shí)間段調(diào)整信號(hào)燈的工作模式。23、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的比較器陣列電路，能夠同時(shí)比較多個(gè)輸入信號(hào)的大小。24、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)先隊(duì)列常用于處理具有優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。以下關(guān)于優(yōu)先隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式，錯(cuò)誤的是：（）A.可以用堆來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列，插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度都較低B.可以用有序數(shù)組來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列，但插入操作的時(shí)間復(fù)雜度較高C.可以用無序數(shù)組來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列，查找最大（或最小）元素的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)D.無論采用哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列，其性能都相同25、對(duì)于一個(gè)需要快速計(jì)算一個(gè)字符串的所有子串的問題，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合可能是最有效的？（）A.后綴數(shù)組和相關(guān)算法B.前綴樹和遍歷C.鏈表和字符串操作D.數(shù)組和循環(huán)二、簡答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）論述如何使用回溯法解決數(shù)獨(dú)問題，給出算法的核心思想和步驟。2、（本題5分）論述在一個(gè)具有n個(gè)元素的鏈表中，如何實(shí)現(xiàn)鏈表的復(fù)制操作。3、（本題5分）在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，闡述如何使用斐波那契堆進(jìn)行優(yōu)先隊(duì)列操作，給出算法步驟和實(shí)現(xiàn)代碼，并分析其性能優(yōu)勢。4、（本題5分）詳細(xì)闡述在最短路徑問題中，如何處理負(fù)權(quán)邊，以及相關(guān)算法的調(diào)整和適用情況。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)一個(gè)程序，使用基數(shù)排序算法對(duì)一個(gè)圖的頂點(diǎn)編號(hào)進(jìn)行排序。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用AC自動(dòng)機(jī)處理多個(gè)模式字符串在給定文本中的匹配，輸出匹配位置。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，利用哈希表存儲(chǔ)網(wǎng)站的域名和IP地址，實(shí)現(xiàn)域名的快速解析。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，利用數(shù)組實(shí)現(xiàn)快速排序的隨機(jī)化版本，提高排序效率并展示過程和結(jié)果。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)帶權(quán)有向圖中找出權(quán)值最小的環(huán)。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）一個(gè)在線點(diǎn)餐系統(tǒng)需要記錄菜品信息和訂單信息。菜品包括菜品ID、菜品名稱、價(jià)格、圖片、描述等，訂單包括訂單ID、用戶ID、菜品列表、總價(jià)、下單時(shí)間等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，能夠快速查詢菜品、生成訂單、更新訂單狀態(tài)，并統(tǒng)計(jì)每種菜品的銷售數(shù)量。2、（本題10分）一個(gè)在線游戲的組隊(duì)系統(tǒng)需要對(duì)玩家的組隊(duì)信息進(jìn)行管理。組隊(duì)信息包括隊(duì)伍編號(hào)、隊(duì)員列表、隊(duì)伍狀態(tài)等。這些信息以稀疏矩陣的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)隊(duì)伍的隊(duì)員信息；（2）玩家加入或退出隊(duì)伍時(shí)更新矩陣；（3）按