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《數據結構基礎》2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、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、設計一個基于藍牙的無線鍵盤，能夠與計算機或移動設備進行無線連接，實現按鍵輸入功能。2、假設正在設計一個網絡爬蟲程序，需要存儲已經訪問過的網頁URL，并快速判斷一個新的URL是否已經被訪問過。由于需要處理大量的URL，內存使用效率也很重要。以下哪種數據結構最適合用于解決這個問題？（）A.集合，快速判斷元素是否存在B.鏈表，順序存儲訪問過的URLC.棧，按照訪問順序存儲URLD.隊列，先進先出地處理URL3、二叉搜索樹是一種特殊的二叉樹，具有特定的性質和用途。以下關于二叉搜索樹的描述，錯誤的是：（）A.左子樹上所有節點的值均小于根節點的值，右子樹上所有節點的值均大于根節點的值B.對二叉搜索樹進行中序遍歷，可以得到一個有序的序列C.二叉搜索樹的查找、插入和刪除操作的平均時間復雜度都是O(logn)D.二叉搜索樹一定是平衡的，即左右子樹的高度差不超過14、運用集成電路知識，設計一款用于智能手機的攝像頭圖像處理芯片，具備圖像增強、降噪和色彩校正功能。5、在樹的遍歷中，先序遍歷、中序遍歷和后序遍歷可以得到不同的節點訪問順序。以下關于這三種遍歷方式的應用場景，描述錯誤的是（）A.先序遍歷常用于創建二叉樹的副本B.中序遍歷常用于對二叉搜索樹進行排序操作C.后序遍歷常用于計算二叉樹中節點的數量D.這三種遍歷方式的應用場景是固定的，不能相互替代6、設計一個基于PLC的自動化立體倉庫堆垛機控制系統，實現堆垛機的水平和垂直運動控制。7、設計一個5V轉1.8V的DC-DC降壓轉換器，輸出電流不小于1A，效率達到90%以上，給出原理圖和元件選型。8、設計一個基于鎖相環（PLL）的頻率合成器，輸出頻率范圍為100kHz至1GHz，頻率分辨率小于1kHz，給出電路結構和參數計算過程。9、設計一個音頻功率放大器保護電路，能夠在功放出現故障時自動切斷電源，保護揚聲器和功放電路。10、設計一個電子指南針電路，能夠指示方向，精度為±1°，并且具有校準功能。11、利用傳感器設計一個自動照明控制系統，根據環境光線強度自動控制燈光的開啟和關閉，并可以調節燈光亮度。12、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。13、若要對n個不同的關鍵字進行冒泡排序，在最壞情況下，其比較次數為？（）A.n(n-1)/2B.nlog2nC.n^2D.n14、選擇排序也是一種基本的排序算法。以下關于選擇排序的描述，錯誤的是（）A.每一輪從待排序序列中選擇最小的元素，放到已排序序列的末尾B.選擇排序的時間復雜度為O(n2)，但在某些情況下比冒泡排序性能好C.選擇排序是一種不穩定的排序算法D.選擇排序不需要額外的存儲空間，空間復雜度為O(1)15、字符串在計算機程序中經常被處理，也有相應的數據結構和操作。以下關于字符串的描述，錯誤的是：（）A.字符串可以用字符數組或指針來表示，常見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間復雜度較高，KMP算法通過利用已匹配的部分信息提高了匹配效率C.字符串的存儲方式會影響其操作的效率，例如使用動態分配內存的方式可以更靈活地處理長度變化的字符串D.字符串的操作都是簡單的基本運算，其時間復雜度都為O(1)，與字符串的長度無關16、設計一個基于物聯網技術的智能倉儲管理系統，能夠實現貨物的自動入庫、出庫和庫存盤點。17、設計一個基于FPGA的SPI通信接口模塊，能夠實現與外部設備的高速數據傳輸，給出硬件描述和測試方法。18、設計一個基于傳感器的智能空氣質量監測系統，能夠實時監測空氣中的PM2.5、甲醛、TVOC等污染物濃度，并通過物聯網將數據上傳到云平臺。19、設計一個基于微波技術的無線充電系統，能夠為移動設備進行高效、安全的無線充電。20、哈希表是一種用于快速查找的數據結構。對于哈希表的性能，以下描述哪一項是不正確的？（）A.哈希函數的設計直接影響哈希表的性能，好的哈希函數可以減少沖突B.處理哈希沖突的方法有開放尋址法和鏈地址法等C.哈希表的查找、插入和刪除操作的平均時間復雜度均為O(1)D.哈希表的性能不受表的裝填因子的影響，裝填因子可以任意取值21、考慮一個搜索引擎的索引構建過程，需要對大量的網頁內容進行分詞、索引和存儲，以便能夠快速地根據用戶的查詢關鍵詞返回相關的網頁。以下哪種數據結構和算法常用于搜索引擎的索引構建和查詢處理？（）A.倒排索引和分詞算法B.正排索引和冒泡排序C.索引鏈表和選擇排序D.索引數組和插入排序22、設計一個音頻功率放大器，采用甲乙類放大方式，在4Ω負載下輸出功率不小于100W，給出電路設計和散熱方案。23、設計一個基于555定時器的脈沖發生器，產生頻率和占空比可調的方波脈沖信號，頻率范圍為1Hz-100kHz。24、假設正在設計一個公交換乘系統，需要存儲各個公交站點之間的線路和換乘信息，并且能夠快速規劃出最優的換乘路線。以下哪種數據結構和算法可能是最有用的？（）A.圖結構，結合迪杰斯特拉算法求解最短路徑B.樹結構，通過深度優先搜索規劃路線C.鏈表，順序存儲換乘信息D.哈希表，快速查找站點之間的連接25、利用電力電子技術設計一個交流-直流變換器（AC-DCConverter），實現將交流電源轉換為穩定的直流電源輸出。二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）對于一個具有n個元素的數組，如何使用冒泡排序算法進行優化以提高效率？2、（本題5分）解釋圖的最小生成樹問題的變體，如帶權有向圖的最小生成樹問題、次小生成樹問題等。3、（本題5分）在最短路徑問題中，解釋Dijkstra算法和Floyd算法的基本思想和實現步驟，比較它們在不同類型圖上的應用和效率。4、（本題5分）描述二叉樹的深度優先搜索和廣度優先搜索的實現過程及應用場景。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細設計B樹中節點分裂和合并保證樹結構平衡的算法，并測試。2、（本題5分）設計一個程序，利用圖的數據結構表示物流網絡中的貨物配送優化，實現配送成本的最小化和時間的最短化功能。3、（本題5分）基于AVL樹結構，設計一個程序，用于存儲股票的價格信息，實現股票價格的插入、刪除和查找操作，并保持樹的平衡。4、（本題5分）設計一個程序，使用普里姆算法構建一個無向圖的最小生成樹，并輸出其邊的集合。5、（本題5分）設計一個程序，使用合適的數據結構存儲一個在線游戲的角色屬性信息，支持角色的升級和屬性修改。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）在一個大型企業的人力資源管理系統中，需要存儲員工的信息，包括員工編號、姓名、部門、職位、工資、績效評估等。設計數據結構來管理員工數據，能夠快速查找特定員工、按部門或職位分類、更新員工信息，并計算部門的平均工資。2、（本題10分）某電商倉庫管理系統需要存儲貨物的種類、數量、存放位置和入庫出庫時間等信息。請設