華東師范大學(xué)《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程導(dǎo)論》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁華東師范大學(xué)

《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程導(dǎo)論》2021-2022學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______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、想象一個地圖應(yīng)用，需要存儲不同地點之間的距離信息，并能夠快速找到兩個地點之間的最短路徑。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合可能是最有效的？（）A.鄰接矩陣結(jié)合深度優(yōu)先搜索算法，能表示完整的圖結(jié)構(gòu)，但對于大規(guī)模圖效率較低B.鄰接表結(jié)合廣度優(yōu)先搜索算法，節(jié)省空間，適合查找最短路徑C.十字鏈表結(jié)合迪杰斯特拉算法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)難度大D.哈希圖結(jié)合A*算法，適用于復(fù)雜的啟發(fā)式搜索，但對簡單地圖可能過于復(fù)雜2、設(shè)計一個基于FPGA的數(shù)字信號濾波系統(tǒng)，支持在線參數(shù)調(diào)整和實時濾波，給出硬件設(shè)計和濾波算法優(yōu)化。3、在一個需要對一組數(shù)據(jù)進行去重操作的場景中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地實現(xiàn)這個功能？（）A.集合，自動去除重復(fù)元素B.數(shù)組，需要額外的算法進行去重C.鏈表，去重操作復(fù)雜且效率低D.棧，不適合進行去重操作4、設(shè)計一個基于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)備的遠程控制和智能調(diào)節(jié)，說明系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議。5、設(shè)計一個高頻射頻收發(fā)器電路，工作頻率在2.4GHz，支持藍牙和ZigBee通信，給出電路結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)。6、設(shè)計一個數(shù)字圖像處理中基于深度學(xué)習(xí)的圖像去噪系統(tǒng)，分析去噪效果和模型復(fù)雜度。7、設(shè)計一個簡單的太陽能路燈控制器，能夠根據(jù)日照時間和環(huán)境亮度自動控制路燈的開啟和關(guān)閉。8、假設(shè)正在實現(xiàn)一個電話號碼簿程序，需要快速根據(jù)姓名查找對應(yīng)的電話號碼。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合可能是最有效的？（）A.二叉搜索樹，進行姓名查找B.冒泡排序后的數(shù)組，順序查找C.哈希表，直接定位電話號碼D.插入排序后的數(shù)組，二分查找9、在一個循環(huán)隊列中，隊頭指針指向隊頭元素的前一個位置，隊尾指針指向隊尾元素。假設(shè)隊列的最大容量為10，當(dāng)前隊頭指針為5，隊尾指針為8。此時，如果進行入隊操作，新元素應(yīng)該存儲在哪個位置？（）A.9B.0C.8D.710、設(shè)計一個基于數(shù)字邏輯的交通燈倒計時顯示系統(tǒng)，能夠?qū)崟r顯示每個信號燈的剩余時間。11、在一個用鄰接表表示的無向圖中，要判斷兩個頂點之間是否存在邊，時間復(fù)雜度為（）A.O(1)B.O(n)C.O(log?n)D.取決于頂點的度數(shù)12、設(shè)計一個簡單的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用Zigbee技術(shù)，實現(xiàn)多個節(jié)點之間的通信，描述系統(tǒng)的硬件組成和軟件流程。13、設(shè)計一個音頻功率放大器的保護電路，能夠在過流、過壓、過熱等情況下保護放大器和揚聲器，給出電路設(shè)計和保護機制。14、設(shè)計一個基于模擬比較器的電壓監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)輸入電壓超過設(shè)定的上下限時進行報警。15、插入排序也是一種常見的排序算法。以下關(guān)于插入排序的敘述，不正確的是：（）A.插入排序?qū)⒋判虻脑夭迦氲揭雅判虻牟糠种泻线m的位置B.插入排序在平均情況下的時間復(fù)雜度為O(n^2)C.插入排序是一種不穩(wěn)定的排序算法D.插入排序?qū)τ谛∫?guī)模數(shù)據(jù)的排序效果較好16、設(shè)計一個基于藍牙5.2技術(shù)的智能手環(huán)，具備健康監(jiān)測、運動追蹤和消息提醒功能。17、在排序算法的比較中，穩(wěn)定性是一個重要的特性。以下關(guān)于排序算法穩(wěn)定性的描述，錯誤的是（）A.穩(wěn)定的排序算法在排序過程中不會改變相同元素的相對順序B.冒泡排序、插入排序和歸并排序是穩(wěn)定的排序算法C.選擇排序和快速排序是不穩(wěn)定的排序算法D.排序算法的穩(wěn)定性對于所有應(yīng)用都是至關(guān)重要的，不穩(wěn)定的算法不能使用18、設(shè)計一個簡單的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓為+5V、+12V和-12V，最大輸出電流為1A，電壓調(diào)整率小于1%，負載調(diào)整率小于5%。19、設(shè)計一個基于STM8的智能車庫門控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開關(guān)、遙控和防夾功能，闡述系統(tǒng)組成和控制策略。20、冒泡排序是一種簡單的排序算法。假設(shè)我們正在使用冒泡排序?qū)?shù)組進行排序。以下關(guān)于冒泡排序的描述，哪一項是不準確的？（）A.冒泡排序通過反復(fù)比較相鄰元素并交換位置，將最大的元素逐步“浮”到數(shù)組的末尾B.冒泡排序在最壞情況下的時間復(fù)雜度為O(n^2)，但在最好情況下可以達到O(n)C.冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法，相同元素的相對順序在排序后不會改變D.冒泡排序的性能優(yōu)于其他所有排序算法，適用于各種規(guī)模的數(shù)據(jù)排序二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細解釋在一個具有n個元素的二叉樹中，如何進行按層遍歷的廣度優(yōu)先搜索的非遞歸實現(xiàn)。2、（本題5分）簡述哈希表的哈希函數(shù)設(shè)計原則，包括均勻性、高效性等方面。3、（本題5分）深入分析在一個具有n個元素的鏈表中，如何在鏈表中查找指定值的前一個節(jié)點。4、（本題5分）解釋如何對一個無序數(shù)組進行堆排序，給出算法步驟和實現(xiàn)代碼，并分析其時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。5、（本題5分）解釋線段樹在處理動態(tài)區(qū)間問題時的適應(yīng)性和局限性。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計一個程序，從給定的順序表中刪除一個元素，輸出刪除后的順序表。2、（本題5分）設(shè)計一個程序，使用快速排序算法對一個無向圖的邊進行排序。3、（本題5分）設(shè)計一個程序，使用二叉樹的層次遍歷算法，輸出給定二叉樹每層節(jié)點的值。4、（本題5分）設(shè)計一個程序，在二叉搜索樹中刪除一個具有兩個子節(jié)點的節(jié)點，保持樹的結(jié)構(gòu)。5、（本題5分）分析在字符串匹配中，結(jié)合多種算法提高匹配效率的設(shè)計方案。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）一個在線圖書館的借閱管理系統(tǒng)需要記錄圖書信息、讀者信息和借閱記錄，圖書信息包括圖書ISBN、書名、作者、出版社、可借閱狀態(tài)，讀者信息包括讀者ID、姓名、聯(lián)系方式，借閱記錄包括借閱ID、讀者ID、圖書ISBN、借閱時間、應(yīng)還時間。請設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理借閱數(shù)據(jù)，實現(xiàn)圖書的借閱、歸還、續(xù)借操作，查詢讀者的借閱歷史，并統(tǒng)計逾期未還的圖書。2、（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