常州大學懷德學院《數據結構與算法分析》2021-2022學年第一學期期末試卷

站名：站名：年級專業(yè)：姓名：學號：凡年級專業(yè)、姓名、學號錯寫、漏寫或字跡不清者，成績按零分記?！堋狻€…………第1頁，共1頁常州大學懷德學院《數據結構與算法分析》

2021-2022學年第一學期期末試卷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、在數據結構的優(yōu)化中，利用緩存局部性原理可以提高性能。以下關于緩存局部性原理的描述，錯誤的是：（）A.時間局部性指的是最近被訪問過的數據在不久的將來很可能再次被訪問B.空間局部性指的是相鄰的數據很可能在短時間內被一起訪問C.利用緩存局部性原理可以通過合理的數據布局和訪問順序來提高緩存命中率D.緩存局部性原理只適用于硬件層面的優(yōu)化，對軟件中的數據結構設計沒有影響2、堆是一種特殊的樹形數據結構，常用于實現優(yōu)先隊列。以下關于堆的描述，錯誤的是：（）A.大頂堆中每個節(jié)點的值都大于或等于其子節(jié)點的值，小頂堆則相反B.可以用數組來實現堆，通過計算索引可以方便地進行堆的操作C.堆排序利用堆的特性，將數組構建成堆，然后依次取出堆頂元素得到排序結果D.堆的插入和刪除操作的時間復雜度都為O(logn)，且堆的空間復雜度總是高于其他線性數據結構3、隊列可以用于實現廣度優(yōu)先遍歷算法。在廣度優(yōu)先遍歷中，以下關于隊列的使用描述錯誤的是（）A.從起始節(jié)點開始，將其入隊B.每次取出隊頭節(jié)點，并將其未訪問的鄰接節(jié)點入隊C.直到隊列為空，遍歷結束D.隊列中的節(jié)點順序與遍歷順序無關4、在數據結構的學習中，實踐是非常重要的。以下關于數據結構實踐的描述，錯誤的是：（）A.通過實際編程實現數據結構可以加深對其理解B.可以通過解決實際問題來應用所學的數據結構知識C.實踐只需要在電腦上完成，不需要在現實場景中思考D.實踐過程中可以發(fā)現數據結構的優(yōu)點和不足5、設計一個電子秤數據加密電路，能夠對電子秤的測量數據進行加密，保證數據的安全性。6、設計一個音頻分頻器電路，將音頻信號分為高音、中音和低音，給出電路結構和元件參數計算。7、設計一個通信系統(tǒng)中的調制解調器，能夠實現對模擬信號的數字化調制（如ASK、FSK、PSK）和相應的解調功能，并分析其性能。8、設計一個數字頻率合成器電路，能夠產生不同頻率的正弦波、方波和三角波，頻率范圍為1Hz到10MHz。9、設計一個簡單的無線充電器，能夠為手機等設備進行無線充電，給出充電器的電路原理和設計參數。10、設計一個數字電壓表，能夠測量直流電壓和交流電壓，精度和量程滿足一定要求，提供電路設計和誤差分析。11、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。12、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。13、考慮哈希沖突的解決方法，開放定址法和鏈地址法是常見的策略。假設一個哈希表的負載較高，容易發(fā)生沖突。以下哪種方法在這種情況下可能表現更好（）A.開放定址法B.鏈地址法C.兩種方法效果相同D.無法確定14、運用電子信息工程知識，設計一個智能充電樁的計費和管理系統(tǒng)，支持多種支付方式和用戶管理。15、設計一個智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實現視頻監(jiān)控、入侵檢測和報警功能，給出系統(tǒng)的硬件架構和軟件實現方案。16、設計一個基于FPGA的圖像邊緣檢測系統(tǒng)，能夠對輸入的灰度圖像進行邊緣檢測，并輸出邊緣圖像。17、設計一個數字溫度計電路，能夠測量人體溫度，精度要求在±0.1℃以內，并且具有報警功能。18、設計一個高頻開關電源，輸出電壓為24V/10A，效率不低于85%，給出拓撲結構選擇和元件參數計算。19、設計一個基于FPGA的高速數據采集與存儲系統(tǒng)，能夠實現對高速信號的采集和大容量數據存儲。20、假設在一個在線游戲的多人對戰(zhàn)匹配系統(tǒng)中，需要根據玩家的等級和技能水平進行快速匹配，以保證游戲的公平性和趣味性。為了實現高效的匹配過程，以下哪種數據結構和算法可能會被運用？（）A.快速排序結合二分查找B.冒泡排序結合線性搜索C.歸并排序結合哈希表D.桶排序結合雙向鏈表21、設計一個基于藍牙模塊的智能體重秤，能夠測量體重、體脂率、肌肉量等身體指標，并將數據上傳至云端。22、設計一個數字圖像處理中的圖像壓縮質量評估系統(tǒng)，包括客觀和主觀評估指標的測量。23、設計一個簡單的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓為5V和12V可選，最大輸出電流為1A，紋波電壓小于50mV。24、設計一個5V轉3.3V的DC-DC降壓電源模塊，輸出電流不小于1A，效率達到80%以上，給出原理圖和PCB設計。25、設計一個通信系統(tǒng)中的數字調制與解調電路，支持ASK、FSK、PSK等調制方式，能夠對輸入的數字信號進行調制，并準確解調恢復出原始信號，詳細說明設計方案和實現過程。二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）闡述在無向圖中，如何使用普里姆算法和克魯斯卡爾算法構建最小生成樹，比較兩種算法的特點和適用情況。2、（本題5分）詳細闡述歸并排序算法的思想和步驟，并說明其時間復雜度和空間復雜度。3、（本題5分）論述伸展樹在并發(fā)環(huán)境下的應用挑戰(zhàn)和解決方法。4、（本題5分）解釋如何使用桶排序對一定范圍內的整數進行排序，分析其適用場景和局限性。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，利用數組實現堆排序的非遞歸并行版本，提高排序效率并展示過程和結果。2、（本題5分）設計一個基于線段樹的數據結構，實現區(qū)間查詢和更新操作。3、（本題5分）基于樹狀數組和線段樹的組合，設計一個程序，實現對一個二維整數矩陣的區(qū)域求和和更新操作。4、（本題5分）使用鏈表和Prim算法，設計一個程序，為一個農業(yè)灌溉系統(tǒng)規(guī)劃水管鋪設路線，使灌溉面積最大且成本最低。5、（本題5分）設計一個程序，使用伸展樹實現動態(tài)集合的插入、刪除和查找操作，輸出操作結果。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）一個圖書館的讀者借閱管理系統(tǒng)需要存儲讀者的借閱信息，包括讀者編號、讀者姓名、借閱圖書編號、借閱日期、應還日期等。系統(tǒng)要支持快速查找讀者的借閱記錄、按照應還日期對借閱記錄進行排序、新增借閱、歸還圖書操作。請設計合適的數據結構和算法，并給出代碼實現和性能評估。2、（本題10分）一個學校的實驗室設備管理系統(tǒng)需要存儲設備的信息，如設備編號、設備名稱、設備類型、購買日期、使用狀態(tài)等。系統(tǒng)要支持快速查找特定設備、按照購買日期對設備進行排序、新增設備、維修設備、報廢設備。請確定恰當的數據結構，并詳細闡述算法和