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《數據結構課程設計》2023-2024學年第二學期期末試卷院(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、設計一個基于FPGA的圖像采集與處理系統，能夠實時采集圖像數據，并進行邊緣檢測、圖像增強等基本圖像處理操作。2、設計一個基于FPGA的圖像旋轉系統，能夠對圖像進行任意角度的旋轉。3、設計一個光纖通信系統中的光發射機和接收機，確定合適的光源和探測器，計算系統的傳輸距離和帶寬。4、設計一個基于PLC的物料輸送系統控制系統，能夠根據不同的物料需求實現自動輸送和分揀功能。5、在排序算法中，冒泡排序是一種簡單的排序方法。以下關于冒泡排序的說法，不正確的是：（）A.冒泡排序通過反復比較相鄰元素并交換位置，將最大（或最小）元素逐步“浮”到數組的一端B.冒泡排序在最好情況下的時間復雜度為O(n)，在最壞情況下的時間復雜度為O(n^2)C.冒泡排序是一種穩定的排序算法，即相同元素的相對順序在排序前后保持不變D.冒泡排序的空間復雜度較高，需要額外的大量存儲空間6、字符串也是一種常見的數據結構。假設要比較兩個字符串的大小，通常是按照字符的ASCII碼值逐個比較。如果有兩個字符串"apple"和"banana"，以下哪種比較方式是正確的？（）A.比較兩個字符串的長度B.從第一個字符開始依次比較，直到出現不同的字符C.隨機比較字符串中的字符D.比較字符串中出現頻率最高的字符7、在二叉搜索樹中，左子樹的所有節點值都小于根節點值，右子樹的所有節點值都大于根節點值。假設存在一個二叉搜索樹，插入一系列值：50、30、70、20、40、60、80。在插入這些值后，要查找值為60的節點，以下哪種查找路徑是正確的？（）A.50-70-60B.50-30-40-60C.50-70-80-60D.50-30-20-608、考慮用數據結構來實現一個表達式求值的算法，例如計算中綴表達式的值。以下哪種數據結構組合可能是最有效的（）A.棧和隊列B.棧和二叉樹C.隊列和哈希表D.棧和鏈表9、設計一個基于光電傳感器的自動化生產線質量檢測系統，能夠檢測產品的外觀缺陷和尺寸精度。10、設計一個基于PLC的工業機器人控制系統，能夠實現機器人的運動控制、軌跡規劃和任務執行。11、設計一個智能電表的通信接口電路，能夠與上位機進行數據通信，包括接口類型選擇和電路設計。12、在數據結構的應用場景中，假設我們正在開發一個在線圖書館管理系統，需要高效地存儲和檢索大量的圖書信息，包括書名、作者、出版年份、分類等。為了能夠快速根據書名或作者查找特定的圖書，同時能夠方便地按照出版年份進行排序和瀏覽，以下哪種數據結構最適合用于存儲這些圖書數據？（）A.數組B.鏈表C.二叉搜索樹D.哈希表13、設計一個基于運算放大器的電壓比較器電路，能夠比較兩個輸入電壓的大小，并輸出相應的高低電平信號。14、設計一個基于單片機的智能家電控制系統，能夠通過手機APP遠程控制家電的開關和工作模式。15、設計一個溫度傳感器校準電路，能夠對溫度傳感器進行校準，提高測量精度。16、設計一個簡單的圖像采集系統，使用CMOS圖像傳感器采集圖像，并通過USB接口將圖像數據傳輸到計算機進行顯示和存儲。17、設計一個音頻前置放大器電路，具有低噪聲和高增益，給出電路結構和參數選擇。18、設計一個具有USB接口的數字存儲設備，能夠實現數據的存儲和讀取，包括硬件接口設計和存儲管理軟件。19、歸并排序同樣是一種分治算法，它將數組不斷地分成兩半，然后將兩半合并成一個有序的數組。歸并排序的空間復雜度主要取決于：（）A.數組的初始大小B.遞歸的深度C.合并操作的次數D.數據的分布情況20、在數據結構的實際應用中，優先隊列常用于處理具有優先級的任務。以下關于優先隊列的實現方式，錯誤的是：（）A.可以用堆來實現優先隊列，插入和刪除操作的時間復雜度都較低B.可以用有序數組來實現優先隊列，但插入操作的時間復雜度較高C.可以用無序數組來實現優先隊列，查找最大（或最小）元素的時間復雜度為O(1)D.無論采用哪種數據結構實現優先隊列，其性能都相同21、設計一個數字存儲示波器數據處理電路，能夠對示波器采集的數據進行處理和分析，并且具有圖形顯示功能。22、在一個圖像處理軟件中，需要對圖像的像素數據進行操作，如快速找到相鄰像素的最大值、最小值等，并能夠高效地進行區域填充。對于這樣的圖像數據處理需求，以下哪種數據結構可能是最有用的？（）A.二維數組，直接對應圖像的像素矩陣B.二叉樹，對像素值進行排序和查找C.圖，表示像素之間的關系D.哈希表，快速定位特定像素的信息23、設計一個音頻信號頻譜分析儀，能夠顯示音頻信號的頻譜圖，給出硬件設計和頻譜分析算法。24、使用電力電子器件設計一個降壓型直流-直流變換器（BuckConverter），給出電路參數設計和效率分析。25、在一個具有n個元素的有序數組中，使用二分查找查找一個特定元素，若查找不成功，最多需要比較多少次？（）A.log2(n)B.log2(n)-1C.log2(n)+1D.n二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）論述在貪心算法的局限性分析中，舉例說明在哪些情況下貪心算法不能得到最優解。2、（本題5分）解釋在平衡二叉搜索樹中，刪除操作后如何恢復樹的平衡且不破壞中序遍歷的性質。3、（本題5分）解釋圖的連通性問題的高級算法，如Tarjan算法、Kosaraju算法等的原理及應用場景。4、（本題5分）探討在一個具有n個頂點的無向圖中，如何進行圖的著色問題。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個程序，使用堆排序算法對給定的數組進行排序，輸出排序后的數組。2、（本題5分）使用圖數據結構設計一個社交網絡好友關系管理系統，能夠查找用戶之間的關系路徑。3、（本題5分）設計一個程序，使用二叉樹結構存儲員工的部門和職位，實現按照部門進行查找和統計。4、（本題5分）設計一個算法，利用哈希表存儲用戶的登錄信息（用戶名、密碼），實現登錄驗證和用戶信息修改。5、（本題5分）構建一個算法，在一個有向圖中找出所有頂點之間的傳遞閉包。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某電商平臺的商品評價系統需要對大量的商品評價進行管理和分析。評價信息包括評價者ID、商品ID、評價內容、評價時間等。這些信息以跳表的形式存儲。請設計算法實現以下功能：（1）按評價時間順序輸出評價；（2）查找指定商品的所有評價；（3）刪除違規或無效的評價；（4）統計某個評價者的評價數量。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。2、（本題10分）某在線電影票務系統需要處理影片信息、場次安排、座位預訂和票房統計。設計合適的數據結構和算法，實現票務銷售的高效管理。3、（本題10分）某在線游戲的道具管理