站名：站名：年級專業(yè)：姓名：學(xué)號：凡年級專業(yè)、姓名、學(xué)號錯寫、漏寫或字跡不清者，成績按零分記。…………密………………封………………線…………第1頁，共1頁常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院

《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程算法》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20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(shè)計一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電路，能夠采集環(huán)境數(shù)據(jù)并通過無線方式傳輸?shù)街行墓?jié)點，節(jié)點具有低功耗和自組網(wǎng)功能。2、在一個圖像識別系統(tǒng)中，需要對大量的圖像特征向量進行聚類分析。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法常用于實現(xiàn)圖像特征的聚類？（）A.K-Means算法結(jié)合鏈表B.層次聚類算法和二叉樹C.密度聚類算法和數(shù)組D.以上算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可能用到，取決于具體需求3、設(shè)計一個基于藍(lán)牙的智能手環(huán)，能夠監(jiān)測心率、運動步數(shù)和睡眠質(zhì)量，并通過手機APP顯示，描述硬件和軟件設(shè)計。4、對于一個具有n個節(jié)點的二叉搜索樹，其平均查找長度的期望值在什么量級？（）A.O(1)B.O(logn)C.O(n)D.O(nlogn)5、設(shè)計一個低通濾波器電路，截止頻率為1kHz，通帶波紋小于1dB，阻帶衰減大于40dB，采用無源或有源濾波器實現(xiàn)，并比較兩者的優(yōu)缺點。6、利用電力電子技術(shù)設(shè)計一個升壓型直流-直流變換器（BoostConverter），并對其性能進行測試和優(yōu)化。7、利用數(shù)字電路技術(shù)，設(shè)計一個自動售貨機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)商品選擇、支付和出貨功能。8、在一個長度為n的字符串中，使用樸素的模式匹配算法查找一個長度為m的子串，其最壞情況下的時間復(fù)雜度為：（）A.O(n)B.O(m)C.O(nm)D.O(n+m)9、考慮一個圖的最短路徑問題，迪杰斯特拉（Dijkstra）算法是一種常見的求解方法。假設(shè)圖中存在負(fù)權(quán)邊，以下關(guān)于Dijkstra算法的適用性，哪個說法是正確的（）A.仍然適用，可以求出最短路徑B.可能會得到錯誤的結(jié)果C.無法運行D.會自動將負(fù)權(quán)邊轉(zhuǎn)換為正權(quán)邊10、設(shè)計一個太陽能路燈控制器智能管理電路，能夠?qū)崿F(xiàn)路燈的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和節(jié)能控制等功能。11、根據(jù)數(shù)字信號處理知識，設(shè)計一個視頻編碼解碼器，支持高清視頻的壓縮和解壓縮。12、設(shè)計一個音頻放大器失真補償電路，能夠?qū)Ψ糯笃鞯氖д孢M行補償，提高音頻質(zhì)量。13、假設(shè)正在開發(fā)一個操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理模塊，需要有效地分配和回收內(nèi)存空間，并且能夠快速查找空閑的內(nèi)存塊。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最合適的選擇？（）A.二叉搜索樹，存儲內(nèi)存塊的信息B.鏈表，記錄內(nèi)存塊的使用情況C.哈希表，快速定位空閑內(nèi)存塊D.數(shù)組，直接分配和管理內(nèi)存14、設(shè)計一個基于模擬積分器的積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），分析其轉(zhuǎn)換精度和速度。15、在動態(tài)數(shù)組的實現(xiàn)中，當(dāng)數(shù)組容量不足時需要進行擴容。關(guān)于動態(tài)數(shù)組的擴容策略，以下描述哪一項是不正確的？（）A.常見的擴容策略是按照一定的比例增加數(shù)組的容量，如擴大為原來的兩倍B.擴容操作會涉及到數(shù)據(jù)的復(fù)制，可能會影響性能C.為了避免頻繁擴容，可以在創(chuàng)建動態(tài)數(shù)組時預(yù)留一定的額外空間D.擴容操作的時間復(fù)雜度總是O(n)，其中n是數(shù)組中的元素數(shù)量16、設(shè)計一個光耦隔離的數(shù)字輸入輸出接口電路，實現(xiàn)電氣隔離和信號傳輸，給出電路設(shè)計和性能測試。17、設(shè)計一個液晶顯示的背光源系統(tǒng)，能夠提供均勻、穩(wěn)定的光照，具有亮度調(diào)節(jié)和色彩控制功能。18、設(shè)計一個集成電路測試中的功能測試向量生成方案，提高測試覆蓋率和準(zhǔn)確性。19、在一個實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)調(diào)度是一個關(guān)鍵問題，需要根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級、截止時間等因素進行快速的調(diào)度決策。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法常用于實時任務(wù)調(diào)度？（）A.優(yōu)先級隊列和調(diào)度算法B.棧和后進先出調(diào)度C.隊列和先進先出調(diào)度D.集合和隨機調(diào)度20、設(shè)計一個無線通信系統(tǒng)中的抗衰落接收電路，能夠有效應(yīng)對多徑衰落，提高信號接收質(zhì)量，并進行性能測試。二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋棧的基本概念和特點，舉例說明棧在表達(dá)式求值、函數(shù)調(diào)用等方面的應(yīng)用，并闡述其實現(xiàn)原理。2、（本題5分）在二叉樹中，解釋如何判斷一棵二叉樹是否為平衡二叉樹，給出相應(yīng)的算法步驟和實現(xiàn)代碼。3、（本題5分）闡述如何在一個有向圖中計算每個節(jié)點的入度和出度，給出算法步驟和實現(xiàn)代碼，并分析其時間復(fù)雜度。4、（本題5分）詳細(xì)論述在具有n個頂點的無向圖中，如何使用克魯斯卡爾（Kruskal）算法生成最小生成樹，并說明算法的基本思想和關(guān)鍵步驟。5、（本題5分）解釋在平衡二叉搜索樹中，刪除操作后如何恢復(fù)樹的平衡且不破壞中序遍歷的性質(zhì)。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）優(yōu)化KMP算法的next數(shù)組計算方法，提高字符串匹配的效率，并進行性能測試。2、（本題5分）設(shè)計一個算法，用鄰接表表示一個有向圖，計算圖中頂點的拓?fù)渑判蛐蛄小?、（本題5分）使用雙向鏈表和圖的存儲結(jié)構(gòu)，設(shè)計一個程序，模擬實現(xiàn)交通流量的監(jiān)測和分析系統(tǒng)。4、（本題5分）設(shè)計一個算法，使用分治法求一個數(shù)組中的最大子數(shù)組和。5、（本題5分）設(shè)計一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，用于管理一個超市的商品庫存信息（商品條碼、商品名稱、庫存數(shù)量、進價、售價等），能夠?qū)崿F(xiàn)庫存的盤點、補貨和預(yù)警功能。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某公司的員工信息（包括員工編號、姓名、年齡、部門、工資等）以哈希表的形式存儲。由于公司規(guī)模擴大，員工數(shù)量急劇增加，導(dǎo)致哈希沖突頻繁。請?zhí)岢龈倪M方案，重新設(shè)計哈希函數(shù)和解決沖突的方法，并分析改進后的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。同時，實現(xiàn)以下功能：（1）查找特定員工的信息；（2）統(tǒng)計每個部門的員工人數(shù)。2、（本題10分）在一個在線考試培訓(xùn)系統(tǒng)中，需要管理課程資料、練習(xí)題、模擬考試和學(xué)員成績等。設(shè)計一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些信息，支持課程資料的上傳和更新，練習(xí)題和模擬考試的生成和批改，學(xué)員成績的統(tǒng)計和分析，并能夠根據(jù)學(xué)員的學(xué)習(xí)情況進行針對性的輔導(dǎo)和建議。3、（本題10分）在一個大型企業(yè)的項目管理系統(tǒng)中，需