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《數據科學與工程》2021-2022學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共15個小題，每小題2分，共30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、設計一個具有自動增益控制和動態范圍壓縮功能的音頻處理系統，提高音頻質量，給出系統設計和性能評估。2、根據傳感器原理，設計一個用于智能家居的人體紅外感應系統，能夠實現自動開燈、關空調等智能控制。3、設計一個基于ADC的電壓測量系統，測量范圍為0-10V，精度為0.01V，通過數碼管顯示測量結果。4、假設正在開發一個股票交易系統，需要實時記錄每只股票的價格變化，并能夠快速地找出價格漲幅最大和跌幅最大的股票。同時，要支持對股票價格的歷史數據進行分析。以下哪種數據結構和算法的搭配最適合這個系統？（）A.最大堆和最小堆，分別存儲漲幅和跌幅最大的股票信息B.紅黑樹和中序遍歷，獲取股票價格的排序C.跳表和插入排序，更新股票價格數據D.線段樹和歸并排序，分析股票價格歷史數據5、設計一個音頻功率放大器的保護電路，包括過流保護、過熱保護和短路保護，給出電路結構和工作原理。6、設計一個基于PLC的自動化包裝生產線控制系統，能夠完成產品的包裝、封口、貼標等操作。7、二分查找是一種在有序數組中進行查找的高效算法。以下關于二分查找的描述，錯誤的是（）A.每次將查找范圍縮小一半，逐步逼近目標元素B.二分查找的時間復雜度為O(log?n)C.二分查找要求數組必須是有序的，且只能用于數組，不能用于鏈表D.二分查找在所有情況下都比順序查找快8、設計一個射頻收發電路，工作在特定頻段，能夠實現高效的信號發射和接收，同時具備良好的線性度和靈敏度。9、在一個需要頻繁進行字符串匹配和查找的系統中，例如在搜索引擎的索引構建中，以下哪種數據結構可能會被優先考慮？（）A.二叉樹，一般的二叉樹在字符串查找中效率不高B.字典樹（Trie），特別適合字符串的存儲和查找，節省空間和時間C.鏈表，查找效率低，不適合大量字符串的快速查找D.堆，主要用于排序和優先級處理，不是字符串查找的首選10、利用通信原理知識，設計一個無線數據傳輸系統，能夠在一定距離內穩定傳輸數字信號，具備抗干擾和糾錯能力，且傳輸速率達到特定要求。11、設計一個基于ZigBee技術的無線智能家居安防系統，能夠實時監測門窗狀態、煙霧濃度、入侵情況等，并進行報警。12、設計一個基于光電傳感器的自動照明控制系統，能夠根據環境光線強度自動調節燈光亮度，實現節能和舒適的照明效果。13、設計一個基于無線通信技術的智能交通信號控制系統，能夠根據實時交通流量優化信號燈時間。14、設計一個基于FPGA的視頻圖像處理系統，實現圖像的縮放、旋轉等功能，給出硬件設計和圖像處理算法。15、設計一個具有自動增益控制功能的放大器，能夠根據輸入信號的幅度自動調整增益，給出電路設計和性能測試報告。二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）論述如何利用圖的深度優先搜索算法生成圖的生成樹。2、（本題5分）深入分析在具有n個頂點和e條邊的有向圖中，如何計算圖的傳遞閉包，并給出一種有效的算法和代碼示例。3、（本題5分）詳細闡述在一個具有n個頂點的無向圖中，如何判斷其是否為連通圖，并給出相應的算法。三、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）在一個在線寵物管理系統中，需要管理寵物信息、主人信息、寵物健康記錄和疫苗接種情況等。設計一種數據結構來存儲這些信息，實現寵物和主人信息的錄入和修改，寵物健康記錄的跟蹤，疫苗接種的提醒和記錄，并能夠提供寵物健康和養護的建議。2、（本題5分）某電商平臺需要對用戶的購買記錄進行分析，以了解用戶的消費習慣。購買記錄以鏈表形式存儲，每個節點包含用戶ID、商品ID、購買時間和購買金額等信息。請設計算法實現以下功能：（1）統計每個用戶的總消費金額；（2）找出消費金額最高的前10個用戶；（3）按照購買時間對購買記錄進行排序。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。3、（本題5分）某在線音樂平臺的歌曲管理系統需要存儲歌曲信息，如歌曲編號、歌曲名稱、歌手、專輯、播放次數等。系統要實現快速查找特定歌曲、按照播放次數對歌曲進行排序、新增歌曲、刪除歌曲以及更新歌曲的播放次數。請確定合適的數據結構，并詳細闡述算法和代碼實現，同時討論性能優化方法。4、（本題5分）一個在線心理咨詢平臺需要記錄咨詢者的問題、咨詢師的回答和咨詢進度。設計數據結構來保護用戶隱私，并支持咨詢記錄的查詢和統計。5、（本題5分）假設一個在線健身平臺需要記錄用戶的運動計劃、運動記錄和身體指標。運動計劃包括計劃ID、用戶ID、運動項目、運動時間，運動記錄包括記錄ID、用戶ID、運動日期、運動時長、消耗卡路里，身體指標包括指標ID、用戶ID、體重、體脂率、血壓。請設計數據結構來管理用戶的健身數據，實現運動計劃的制定和調整、運動記錄的分析、身體指標的跟蹤，并為用戶提供個性化的健身建議。四、設計題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）設計一個程序，使用Bellman-Ford算