北京理工大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準(zhǔn)考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁北京理工大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)》

2021-2022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30個小題，每小題1分，共30分．在每小題給出的四個選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、在選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，需要考慮多種因素。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.如果需要頻繁地在頭部和尾部進(jìn)行插入和刪除操作，雙端隊(duì)列可能是一個合適的選擇B.當(dāng)數(shù)據(jù)的查找操作遠(yuǎn)多于插入和刪除操作，且數(shù)據(jù)量較大時，二叉搜索樹可能比鏈表更合適C.對于需要快速合并操作的場景，如多個有序序列的合并，優(yōu)先隊(duì)列可能是一個好的選擇D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇只取決于操作的類型和頻率，不需要考慮數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和規(guī)模2、設(shè)計(jì)一個基于PLC的物料分揀系統(tǒng)，能夠根據(jù)物料的顏色、形狀等特征自動進(jìn)行分揀。3、設(shè)計(jì)一個正弦波信號發(fā)生器，輸出頻率在100kHz至1GHz連續(xù)可調(diào)，采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，說明工作原理和硬件設(shè)計(jì)。4、利用射頻電路設(shè)計(jì)一個衛(wèi)星通信接收前端，包括低噪聲放大器、下變頻器等部分，給出性能指標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方案。5、設(shè)計(jì)一個基于模擬比較器和定時器的脈沖寬度測量系統(tǒng)，能夠測量脈沖的寬度。6、設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的智能血壓計(jì)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測量人體血壓，并通過藍(lán)牙將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP進(jìn)行記錄和分析。7、設(shè)計(jì)一個基于傳感器的智能空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測空氣中的PM2.5、甲醛、TVOC等污染物濃度，并通過物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到云平臺。8、設(shè)計(jì)一個基于ZigBee技術(shù)的智能溫室控制系統(tǒng)，能夠調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度。9、在排序算法中，選擇排序是一種簡單的排序方法，以下關(guān)于選擇排序的描述，正確的是：（）A.選擇排序在每一輪選擇未排序部分的最小元素，與當(dāng)前位置的元素交換B.選擇排序在最好和最壞情況下的時間復(fù)雜度都是O(nlogn)C.選擇排序是一種穩(wěn)定的排序算法，不會改變相同元素的相對順序D.選擇排序的空間復(fù)雜度較高，需要額外的大量輔助空間10、設(shè)計(jì)一個基于STM8的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，采用PWM控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速功能，描述系統(tǒng)組成和控制算法。11、假設(shè)在一個基因序列分析程序中，需要快速比較兩個基因序列的相似性，并找出最長的公共子序列。為了實(shí)現(xiàn)這個功能，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可以被應(yīng)用？（）A.動態(tài)規(guī)劃結(jié)合二維數(shù)組B.貪心算法結(jié)合鏈表C.回溯算法結(jié)合棧D.分治算法結(jié)合樹12、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)存儲、組織數(shù)據(jù)的方式。在研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，線性表是一種基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于線性表的描述，錯誤的是（）A.線性表可以順序存儲，也可以鏈?zhǔn)酱鎯.順序存儲的線性表可以隨機(jī)訪問任意元素，時間復(fù)雜度為O(1)C.鏈?zhǔn)酱鎯Φ木€性表在插入和刪除操作時，不需要移動大量元素，效率較高D.線性表的長度是固定的，不能動態(tài)變化13、基于通信協(xié)議的自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)設(shè)計(jì)一個動態(tài)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況自動優(yōu)化傳輸參數(shù)。14、設(shè)計(jì)一個音頻放大器噪聲抑制與功率擴(kuò)展電路，能夠降低放大器的噪聲水平，同時增加輸出功率。15、棧是一種特殊的線性表，其操作遵循后進(jìn)先出的原則。關(guān)于棧的應(yīng)用，以下說法錯誤的是（）A.?？梢杂糜诒磉_(dá)式求值B.棧可以用于實(shí)現(xiàn)函數(shù)調(diào)用時的參數(shù)傳遞和返回地址保存C.棧可以用于將遞歸算法轉(zhuǎn)換為非遞歸算法D.棧不適合用于判斷一個字符串是否是回文16、設(shè)計(jì)一個音頻濾波器組，實(shí)現(xiàn)對不同頻段音頻的分離和處理，給出電路結(jié)構(gòu)和濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)。17、設(shè)計(jì)一個基于Arduino的智能寵物喂食器，能夠根據(jù)設(shè)定的時間和食量自動為寵物投放食物，并通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。18、設(shè)計(jì)一個用于衛(wèi)星通信的低噪聲放大器（LNA），工作頻率在Ku波段，噪聲系數(shù)小于1dB，增益大于20dB，闡述電路設(shè)計(jì)和器件選型。19、在圖的存儲中，鄰接多重表常用于無向圖的存儲。以下關(guān)于鄰接多重表的優(yōu)點(diǎn)，描述錯誤的是（）A.便于刪除和插入邊B.節(jié)省存儲空間C.便于判斷兩個頂點(diǎn)之間是否有邊D.對有向圖的存儲效果更好20、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的排序算法中，歸并排序是一種穩(wěn)定的排序方法。假設(shè)我們正在使用歸并排序?qū)?shù)組進(jìn)行排序。以下關(guān)于歸并排序的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.歸并排序的基本思想是將數(shù)組分成兩半，分別排序后再合并B.歸并排序的時間復(fù)雜度在任何情況下都是O(nlogn)C.歸并排序在合并過程中需要額外的輔助空間，其空間復(fù)雜度為O(n)D.歸并排序是一種原地排序算法，不需要額外的存儲空間21、設(shè)計(jì)一個用于智能手表的電源管理芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗運(yùn)行和快速充電，給出芯片架構(gòu)和功能模塊。22、設(shè)計(jì)一個通信系統(tǒng)中的軟件定義無線電（SDR）平臺，實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)制解調(diào)功能。23、設(shè)計(jì)一個基于數(shù)字信號處理的語音增強(qiáng)系統(tǒng)，能夠在噪聲環(huán)境下提高語音的清晰度和可懂度。24、若要在一個鏈表中刪除一個指定節(jié)點(diǎn)，以下哪個操作是必須先完成的？（）A.找到要刪除節(jié)點(diǎn)的前一個節(jié)點(diǎn)B.找到要刪除節(jié)點(diǎn)的后一個節(jié)點(diǎn)C.釋放要刪除節(jié)點(diǎn)所占用的存儲空間D.更新鏈表的頭指針25、設(shè)計(jì)一個基于光電二極管的光強(qiáng)測量系統(tǒng)，能夠測量不同波長的光強(qiáng)，精度達(dá)到0.1μW/cm2。26、設(shè)計(jì)一個基于STM32的智能小車控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動避障、循跡和藍(lán)牙遙控功能，描述硬件選型和軟件編程思路。27、設(shè)計(jì)一個高速串行通信系統(tǒng)，采用PCIe接口，傳輸速率達(dá)到10Gbps，說明硬件實(shí)現(xiàn)和協(xié)議棧。28、設(shè)計(jì)一個基于ARM處理器的智能家居控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對燈光、窗簾、空調(diào)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和智能調(diào)節(jié)，說明系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議。29、設(shè)計(jì)一個基于數(shù)字信號處理器（DSP）的音頻濾波系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對音頻信號的低通、高通、帶通和帶阻濾波，濾波參數(shù)可調(diào)節(jié)。30、設(shè)計(jì)一個基于ADC的電壓測量系統(tǒng)，測量范圍為0-10V，精度為0.01V，通過數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個文件系統(tǒng)需要對文件和目錄進(jìn)行高效管理。文件和目錄信息以樹形結(jié)構(gòu)存儲。請?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）創(chuàng)建一個新目錄或文件；（2）刪除一個指定的目錄或文件；（3）查找指定文件或目錄的位置；（4）遍歷整個文件系統(tǒng)并輸出目錄和文件結(jié)構(gòu)。分析所設(shè)計(jì)算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。2、（本題5分）某在線寵物領(lǐng)養(yǎng)平臺需要記錄寵物的信息、領(lǐng)養(yǎng)人的申請和審核狀態(tài)。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，確保寵物能夠找到合適的領(lǐng)養(yǎng)家庭。3、（本題5分）某航空公司的訂票系統(tǒng)需要對航班信息和乘客訂票情況進(jìn)行管理。航班信息包括航班號、起降時間、起降地點(diǎn)、座位數(shù)量等，乘客訂票信息包括乘客姓名、身份證號、航班號、座位號等。這些信息以哈希表和鏈表的組合形式存儲。請?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個航班的剩余座位數(shù)量；（2）為乘客預(yù)訂指定航班的座位；（3）取消乘客的訂票；（4）統(tǒng)計(jì)每個航班的訂票人數(shù)。分析算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。4、（本題5分）某城市的公共自行車租賃管理系統(tǒng)需要存儲自行車的信息，如自行車編號、租賃點(diǎn)編號、是否可用、租賃時間、歸還時間等。系統(tǒng)要能夠快速查找可用自行車、按照租賃時間對自行車進(jìn)行排序、記錄自行車的租賃和歸還操作、統(tǒng)計(jì)租賃次數(shù)。請?jiān)O(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并提供代碼實(shí)現(xiàn)和性能分析。5、（本題5分）某城市的智能停車系統(tǒng)需要記錄停車場的位置、車位數(shù)量、占用情況和收費(fèi)信息。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，幫助用戶快速找到空閑車位并計(jì)算停車費(fèi)用。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）深入分析在具有n個頂點(diǎn)和e條邊的有向圖中，如何計(jì)算圖的強(qiáng)連通分量，并給出一種有效的算法和代碼示例。2、（本題5分）詳細(xì)闡述如何使用廣度優(yōu)先搜索算法求解迷宮問題，給出算法思路和代碼框架，并分析其時間和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）闡述并查集中如何通過路徑分裂進(jìn)一步優(yōu)化查詢性能。4、（本題5分）深入分析在具有n個元素的數(shù)組中，如何實(shí)現(xiàn)堆排序的優(yōu)化版本，提高排序的效率，并給出時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的分析