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《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實(shí)驗(yàn)》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題1分，共20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、堆是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列。以下關(guān)于堆的性質(zhì)，正確的是：（）A.大根堆中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的值都大于或等于其孩子節(jié)點(diǎn)的值B.小根堆中，根節(jié)點(diǎn)的值一定是堆中最小的值C.堆可以用數(shù)組實(shí)現(xiàn)，通過(guò)特定的計(jì)算方式可以快速定位節(jié)點(diǎn)的父子關(guān)系D.對(duì)堆進(jìn)行插入和刪除操作后，不需要重新調(diào)整堆的結(jié)構(gòu)以保持其性質(zhì)2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，能夠通過(guò)電力線載波通信將電表數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅?，?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像濾波系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中值濾波、均值濾波等功能，去除圖像噪聲。4、對(duì)于一個(gè)需要頻繁合并和拆分的數(shù)據(jù)集合，假設(shè)我們正在設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能比較合適？（）A.鏈表B.數(shù)組C.樹D.哈希表5、基于通信協(xié)議設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸和錯(cuò)誤檢測(cè)，說(shuō)明協(xié)議的選擇和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。6、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能路燈控制器擴(kuò)展電路，能夠增加路燈的亮度調(diào)節(jié)和故障檢測(cè)功能，并且具有節(jié)能模式。7、根據(jù)傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)用于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的氣體傳感器系統(tǒng)，能夠檢測(cè)甲醛、苯等有害氣體濃度。8、利用射頻技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)藍(lán)牙音頻耳機(jī)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無(wú)線音頻傳輸和控制功能。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的視頻壓縮系統(tǒng)，采用H.264或H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的壓縮。10、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)于字符串的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.字符串可以用字符數(shù)組或指針來(lái)表示，常見(jiàn)的操作包括字符串的連接、比較、查找等B.樸素的字符串匹配算法時(shí)間復(fù)雜度較高，KMP算法通過(guò)利用已匹配的部分信息提高了匹配效率C.字符串的存儲(chǔ)方式會(huì)影響其操作的效率，例如使用動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的方式可以更靈活地處理長(zhǎng)度變化的字符串D.字符串的操作都是簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，其時(shí)間復(fù)雜度都為O(1)，與字符串的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于A/D轉(zhuǎn)換器的電壓測(cè)量系統(tǒng)，能夠高精度測(cè)量直流或交流電壓，并進(jìn)行數(shù)字顯示。12、假設(shè)正在實(shí)現(xiàn)一個(gè)股票交易系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)記錄每只股票的最新價(jià)格，并能夠快速獲取價(jià)格最高和最低的股票。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以滿足這個(gè)需求？（）A.平衡二叉搜索樹，存儲(chǔ)股票價(jià)格信息B.鏈表，順序更新股票價(jià)格C.哈希表，映射股票代碼和價(jià)格D.棧，存儲(chǔ)價(jià)格變化13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于模擬濾波器和數(shù)字濾波器的組合濾波系統(tǒng)，有效濾除復(fù)雜噪聲。14、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，還需要考慮其他因素。以下關(guān)于性能評(píng)估的描述，不正確的是：（）A.算法的可讀性和可維護(hù)性也是評(píng)估的重要因素，過(guò)于復(fù)雜的算法可能難以理解和修改B.代碼的實(shí)現(xiàn)效率，如編程語(yǔ)言的特性和編譯器的優(yōu)化，也會(huì)對(duì)實(shí)際性能產(chǎn)生影響C.數(shù)據(jù)的分布和特點(diǎn)可能會(huì)影響算法的性能，例如有序數(shù)據(jù)和無(wú)序數(shù)據(jù)對(duì)排序算法的影響不同D.性能評(píng)估只需要關(guān)注理論上的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，實(shí)際運(yùn)行時(shí)的情況可以忽略不計(jì)15、設(shè)計(jì)一個(gè)圖像處理中的邊緣檢測(cè)算法，并在實(shí)際圖像上進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，分析算法的復(fù)雜度和準(zhǔn)確性。16、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。17、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻均衡器的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠根據(jù)輸入音頻信號(hào)自動(dòng)調(diào)整均衡參數(shù)，給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)。18、快速排序也是一種常用的排序算法。假設(shè)我們正在使用快速排序?qū)?shù)組進(jìn)行排序。以下關(guān)于快速排序的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.快速排序通過(guò)選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分成兩部分，然后對(duì)這兩部分分別排序B.快速排序在平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，但在最壞情況下會(huì)退化為O(n^2)C.選擇合適的基準(zhǔn)元素可以提高快速排序的性能，通常選擇數(shù)組的中間元素作為基準(zhǔn)D.快速排序是一種穩(wěn)定的排序算法，能夠保證相同元素的相對(duì)順序不變19、利用模擬電路技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)用于音頻前置放大器的噪聲抑制電路，降低背景噪聲。20、設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，采用橢圓濾波器設(shè)計(jì)，截止頻率為200Hz，通帶波紋和阻帶衰減滿足特定要求，給出電路參數(shù)和性能分析。二、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）詳細(xì)論述在具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的圖中，如何使用廣度優(yōu)先搜索算法計(jì)算兩點(diǎn)之間的最短路徑，并給出具體的算法步驟和代碼實(shí)現(xiàn)。2、（本題5分）解釋并舉例說(shuō)明在一個(gè)具有n個(gè)元素的順序表中，如何進(jìn)行選擇排序。3、（本題5分）解釋并比較內(nèi)部排序和外部排序的概念和方法，分析在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)外部排序的常用算法和策略。4、（本題5分）在一個(gè)具有n個(gè)元素的有序數(shù)組中，如何使用二分查找算法查找一個(gè)特定元素，給出其算法步驟，并分析其時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。5、（本題5分）在一個(gè)二叉搜索樹中，如何查找值在給定范圍內(nèi)的所有元素？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，構(gòu)建一個(gè)大頂堆或小頂堆，并實(shí)現(xiàn)堆排序算法，對(duì)一組隨機(jī)數(shù)進(jìn)行排序。2、（本題5分）構(gòu)建一個(gè)平衡二叉樹（如AVL樹或紅黑樹），實(shí)現(xiàn)插入、刪除操作并保持樹的平衡。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，將一個(gè)二叉搜索樹轉(zhuǎn)換為雙向鏈表。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用棧將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，在有序數(shù)組中查找兩個(gè)數(shù)之積最大的組合，輸出組合。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）某公司的庫(kù)存管理系統(tǒng)需要記錄原材料、半成品和成品的庫(kù)存數(shù)量、成本和存放位置等信息。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些信息，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的入庫(kù)、出庫(kù)、盤點(diǎn)和成本核算操作，并能夠根據(jù)銷售預(yù)測(cè)和生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行庫(kù)存預(yù)警和補(bǔ)貨建議。2、（本題10分）在一個(gè)大型在線游戲中，需要管理玩家的角色信息、裝備信息和游戲進(jìn)程。設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，使得能夠快速地