哈爾濱工程大學(xué)《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁哈爾濱工程大學(xué)

《算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在算法的正確性證明中，數(shù)學(xué)歸納法是一種常用的方法。以下關(guān)于數(shù)學(xué)歸納法證明算法正確性的描述，不正確的是：（）A.數(shù)學(xué)歸納法分為基礎(chǔ)步驟和歸納步驟，基礎(chǔ)步驟證明算法在初始情況下的正確性，歸納步驟證明如果算法在某個規(guī)模下正確，那么在更大規(guī)模下也正確B.在使用數(shù)學(xué)歸納法證明算法正確性時，需要準(zhǔn)確地定義歸納假設(shè)和歸納變量C.數(shù)學(xué)歸納法只能用于證明具有遞歸結(jié)構(gòu)的算法的正確性D.數(shù)學(xué)歸納法是一種嚴(yán)格的證明方法，可以確保算法在所有可能的輸入情況下都能正確運行2、在算法的隨機化算法中，通過引入隨機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)我們正在使用一個隨機化算法。以下關(guān)于隨機化算法的描述，哪一項是不正確的？（）A.隨機化快速排序通過隨機選擇基準(zhǔn)元素來避免最壞情況的發(fā)生，提高平均性能B.隨機化算法的結(jié)果可能會因為隨機因素的不同而有所差異，但在多次運行后通常能夠得到較好的平均性能C.隨機化算法可以用于解決一些計算復(fù)雜性理論中的難解問題，如隨機化選擇算法可以在平均線性時間內(nèi)從無序數(shù)組中選擇第k小的元素D.隨機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3、在一個大規(guī)模的電商平臺中，需要對海量的商品評論數(shù)據(jù)進行情感分析，以了解用戶對商品的態(tài)度是積極、消極還是中性。假設(shè)評論數(shù)據(jù)量巨大，并且需要快速得到分析結(jié)果。以下哪種算法或技術(shù)可能是最適合用于這個任務(wù)的？（）A.樸素貝葉斯分類算法，基于概率模型進行分類B.決策樹算法，通過構(gòu)建決策樹進行分類判斷C.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，具有強大的學(xué)習(xí)和擬合能力D.支持向量機算法，擅長處理高維數(shù)據(jù)和復(fù)雜分類問題4、在一個字符串匹配問題中，需要在一個長文本中查找一個短模式字符串的所有出現(xiàn)位置。以下哪種字符串匹配算法可能是最適合的？（）A.暴力匹配算法，簡單直接但效率較低，特別是對于長文本B.KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法，通過利用模式字符串的自身特征來避免不必要的回溯，提高效率C.BM（Boyer-Moore）算法，從右向左進行比較，并根據(jù)壞字符和好后綴規(guī)則進行跳躍，通常具有較高的效率D.Rabin-Karp算法，通過計算字符串的哈希值來進行匹配，可能存在哈希沖突5、在算法設(shè)計中，NP完全問題是一類具有重要理論和實際意義的問題。以下關(guān)于NP完全問題的描述，不正確的是：（）A.NP完全問題是指那些在多項式時間內(nèi)可以驗證一個解是否正確，但在多項式時間內(nèi)不一定能找到解的問題B.如果一個問題是NP完全問題，那么目前還沒有找到多項式時間的算法來解決它C.旅行商問題（TSP）和背包問題都是典型的NP完全問題D.對于NP完全問題，我們可以通過一些啟發(fā)式算法來找到近似最優(yōu)解，并且這些近似解的質(zhì)量可以接近最優(yōu)解6、當(dāng)設(shè)計一個高效的算法來解決一個幾何問題，例如計算一組點的凸包。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能會被用到？（）A.棧B.隊列C.二叉樹D.以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可能7、動態(tài)規(guī)劃是另一種重要的算法設(shè)計策略，它通過將問題分解為子問題并保存子問題的解來避免重復(fù)計算。以下關(guān)于動態(tài)規(guī)劃的說法中，錯誤的是：動態(tài)規(guī)劃通常適用于具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)和子問題重疊性質(zhì)的問題。動態(tài)規(guī)劃的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度可能較高。那么，下列關(guān)于動態(tài)規(guī)劃的說法錯誤的是（）A.動態(tài)規(guī)劃可以通過自頂向下或自底向上的方式實現(xiàn)B.動態(tài)規(guī)劃的解一定是全局最優(yōu)解C.動態(tài)規(guī)劃需要確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和邊界條件D.動態(tài)規(guī)劃在解決某些問題時比貪心算法更有效8、AVL樹是一種平衡二叉搜索樹，以下關(guān)于AVL樹的描述，錯誤的是：（）A.AVL樹通過在插入和刪除操作時進行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，保持樹的平衡，從而保證查找、插入和刪除操作的時間復(fù)雜度均為O(logn)B.在AVL樹中，任意節(jié)點的左右子樹高度差的絕對值不超過1C.AVL樹的旋轉(zhuǎn)操作包括單旋轉(zhuǎn)和雙旋轉(zhuǎn)，用于調(diào)整樹的結(jié)構(gòu)以保持平衡D.AVL樹的空間復(fù)雜度高于普通的二叉搜索樹，因此在實際應(yīng)用中不如二叉搜索樹廣泛9、假設(shè)正在開發(fā)一個機器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練算法，需要在大量的數(shù)據(jù)上進行優(yōu)化，找到最優(yōu)的模型參數(shù)。以下哪種優(yōu)化算法可能是最常用的選擇？（）A.梯度下降算法，沿著梯度方向更新參數(shù)B.牛頓法，利用二階導(dǎo)數(shù)信息進行優(yōu)化C.共軛梯度法，適用于大規(guī)模問題的優(yōu)化D.以上算法在不同場景下都有應(yīng)用，根據(jù)問題特點選擇10、假設(shè)正在研究一個用于求解線性規(guī)劃問題的算法，例如在滿足一系列線性約束條件下最大化或最小化一個線性目標(biāo)函數(shù)。以下哪種算法通常被用于解決這類問題？（）A.單純形法B.模擬退火算法C.遺傳算法D.蟻群算法11、在貪心算法中，局部最優(yōu)選擇不一定能導(dǎo)致全局最優(yōu)解。假設(shè)要在有限的預(yù)算內(nèi)購買商品，使總價值最大，以下哪種情況貪心算法可能得不到最優(yōu)解（）A.商品價格固定，價值不同B.商品價格和價值成比例C.商品存在組合優(yōu)惠D.以上情況貪心算法都能得到最優(yōu)解12、在一個圖像識別項目中，需要對大量的圖片進行特征提取和分類。圖像具有高維度和復(fù)雜的特征，并且要求算法具有較好的泛化能力和準(zhǔn)確性。以下哪種算法或方法可能是最合適的用于圖像特征提取和分類？（）A.主成分分析（PCA），用于數(shù)據(jù)降維和特征提取B.線性判別分析（LDA），尋找最優(yōu)的分類投影方向C.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），專門為圖像處理設(shè)計的深度學(xué)習(xí)模型D.獨立成分分析（ICA），分離出獨立的特征成分13、想象一個需要對一組數(shù)據(jù)進行排序，并且要求排序是穩(wěn)定的（即相同元素的相對順序在排序前后保持不變）。以下哪種排序算法可能是最適合的？（）A.選擇排序，每次選擇最小的元素放到已排序部分的末尾，但不穩(wěn)定B.冒泡排序，通過相鄰元素的比較和交換進行排序，是穩(wěn)定的排序算法C.快速排序，雖然平均性能較好，但通常不是穩(wěn)定的排序算法D.希爾排序，通過不斷縮小間隔進行排序，不穩(wěn)定14、在算法的效率優(yōu)化中，緩存（Cache）的使用可以顯著提高性能。以下關(guān)于緩存的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.緩存是一種高速的存儲區(qū)域，用于存儲最近訪問的數(shù)據(jù)，以減少對慢速主存的訪問次數(shù)B.緩存的命中率越高，算法的性能提升就越明顯C.緩存的大小和替換策略對算法的性能有重要影響D.只要使用了緩存，算法的時間復(fù)雜度就一定會降低15、在凸包問題的求解中，Graham掃描算法是一種常用的算法。以下關(guān)于Graham掃描算法的描述，不正確的是：（）A.Graham掃描算法通過選擇一個起始點，按照極角順序依次處理其他點，來構(gòu)建凸包B.Graham掃描算法的時間復(fù)雜度為O(nlogn)，其中n是點的數(shù)量C.Graham掃描算法在處理過程中需要對點進行排序和棧操作D.Graham掃描算法得到的凸包一定是唯一的16、在一個分治算法中，將問題分解為多個子問題進行求解，然后合并子問題的解得到原問題的解。如果子問題的規(guī)模相等，且合并子問題解的時間復(fù)雜度為線性，那么該分治算法的時間復(fù)雜度通?？梢酝ㄟ^哪種方法來分析？（）A.遞歸關(guān)系式B.主定理C.歸納法D.反證法17、假設(shè)要設(shè)計一個算法來解決在一個字符串中查找最長回文子串的問題。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.暴力法，窮舉所有可能的子串并判斷是否為回文，時間復(fù)雜度高B.動態(tài)規(guī)劃算法，通過建立二維數(shù)組記錄子串是否為回文，能有效求解但空間復(fù)雜度較高C.中心擴展法，從每個字符向兩側(cè)擴展判斷回文，效率較高但代碼實現(xiàn)相對復(fù)雜D.Manacher算法，通過巧妙的預(yù)處理和擴展方式，能高效地找到最長回文子串18、紅黑樹也是一種自平衡的二叉搜索樹，以下關(guān)于紅黑樹的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.紅黑樹通過對節(jié)點顏色的約束來保持樹的平衡，性質(zhì)包括根節(jié)點為黑色、每個紅色節(jié)點的兩個子節(jié)點都是黑色等B.紅黑樹的插入和刪除操作的時間復(fù)雜度均為O(logn)，但略高于AVL樹C.紅黑樹在進行插入和刪除操作后，通過重新著色和旋轉(zhuǎn)來恢復(fù)樹的性質(zhì)D.紅黑樹在實際應(yīng)用中比AVL樹更常見，因為其插入和刪除操作的調(diào)整相對較簡單19、在貪心算法的分析中，有時需要證明貪心選擇的正確性。以下關(guān)于貪心選擇正確性證明的描述，不正確的是：（）A.可以通過反證法來證明貪心選擇的正確性，假設(shè)不采用貪心選擇會導(dǎo)致更差的結(jié)果B.可以通過數(shù)學(xué)歸納法來證明貪心選擇在每一步都是最優(yōu)的C.證明貪心選擇的正確性只需要考慮當(dāng)前的選擇，不需要考慮后續(xù)的步驟D.貪心選擇的正確性證明需要結(jié)合問題的具體性質(zhì)和約束條件20、假設(shè)正在設(shè)計一個物流配送系統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法，需要考慮多個配送點的位置、貨物數(shù)量和車輛的容量限制等因素，以找到最優(yōu)的配送路線，使得總運輸成本最小。在這種情況下，以下哪種算法可能是最有效的選擇？（）A.深度優(yōu)先搜索算法，遍歷所有可能的路徑B.廣度優(yōu)先搜索算法，逐步擴展搜索范圍C.動態(tài)規(guī)劃算法，通過子問題的最優(yōu)解來求解整體最優(yōu)解D.貪心算法，每次選擇局部最優(yōu)的決策21、分治算法是將一個大問題分解為多個小問題，分別求解后再合并結(jié)果。以下關(guān)于分治算法的說法中，錯誤的是：分治算法的時間復(fù)雜度通常與問題的規(guī)模成對數(shù)關(guān)系。分治算法需要滿足問題的可分性和合并性。那么，下列關(guān)于分治算法的說法錯誤的是（）A.分治算法可以通過遞歸或迭代的方式實現(xiàn)B.分治算法在解決某些問題時比暴力搜索算法更高效C.分治算法的子問題規(guī)模必須相等D.分治算法的正確性可以通過數(shù)學(xué)歸納法來證明22、在算法的NP完全性理論中，以下關(guān)于NP完全問題的描述哪一項是不正確的？（）A.目前沒有已知的多項式時間算法能夠解決B.可以通過近似算法或啟發(fā)式算法來求解C.所有的NP完全問題都具有相同的難度D.確定一個問題是否為NP完全問題對于算法設(shè)計具有重要意義23、假設(shè)正在分析一個遞歸算法的空間復(fù)雜度，該算法在遞歸過程中會創(chuàng)建多個函數(shù)調(diào)用幀。如果遞歸的深度與輸入規(guī)模n成正比，那么該算法的空間復(fù)雜度主要取決于什么？（）A.遞歸調(diào)用的次數(shù)B.每次遞歸調(diào)用所使用的局部變量空間C.輸入數(shù)據(jù)的大小D.以上因素綜合考慮24、對于分治法，考慮一個大型數(shù)組需要進行排序的情況。如果我們將數(shù)組不斷地分割成較小的子數(shù)組并分別排序，最后合并這些已排序的子數(shù)組。以下哪種情況可能導(dǎo)致分治法在這種排序問題上效率不高？（）A.子數(shù)組的規(guī)模差異過大B.合并操作的復(fù)雜度較高C.數(shù)組元素的分布極不均勻D.遞歸調(diào)用的開銷過大25、在算法的可擴展性分析中，假設(shè)一個算法在處理小規(guī)模數(shù)據(jù)時表現(xiàn)良好，但隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的增加性能急劇下降。以下哪種改進方向可能有助于提高可擴展性？（）A.采用分布式計算B.優(yōu)化算法的核心操作C.改進數(shù)據(jù)存儲方式D.以上方向都有可能二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）簡述貪心算法在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化中的應(yīng)用策略。2、（本題5分）簡述貪心算法在緩存替換策略中的應(yīng)用及優(yōu)缺點。3、（本題5分）簡述插入排序的改進思路和方法。4、（本題5分）闡述歸并排序在二路歸并和多路歸并上的擴展。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計算法實現(xiàn)拓?fù)渑判颉?、（本題5分）設(shè)計算法計算給定二叉樹的所有路徑和。3、（本題5分）設(shè)計算法，求解字符串編輯距離的動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化。4、（本題5分）實現(xiàn)一個算法，對一個鏈表進行按奇偶位置重新排列。5、（本題5分）實現(xiàn)一個算法，在一個伸展樹中進行插入