中國地質(zhì)大學（武漢）《數(shù)據(jù)結構與算法分析》2021-2022學年第一學期期末試卷

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頁中國地質(zhì)大學（武漢）

《數(shù)據(jù)結構與算法分析》2021-2022學年第一學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、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中，只有一項是符合題目要求的．）1、設計一個基于ADC和微控制器的溫度采集與報警系統(tǒng)，當溫度超過設定閾值時發(fā)出聲光報警信號。2、在一個需要對大量整數(shù)進行排序的場景中，如果內(nèi)存空間有限，不能一次性容納所有數(shù)據(jù)，以下哪種排序算法可能是最合適的？（）A.冒泡排序，簡單但效率低，不適合大數(shù)據(jù)量B.快速排序，通常在內(nèi)存中進行，不適合內(nèi)存受限情況C.歸并排序，可以采用外部排序的方式處理大數(shù)據(jù)量D.插入排序，適用于少量數(shù)據(jù)，不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)3、在排序算法中，選擇排序是一種簡單的排序方法，以下關于選擇排序的描述，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.選擇排序的空間復雜度較高，需要額外的大量輔助空間4、設計一個基于ZigBee技術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。5、設計一個基于藍牙模塊和手機應用的智能家居遙控器，實現(xiàn)對家居設備的遠程控制。6、在選擇合適的數(shù)據(jù)結構時，需要考慮多種因素。以下關于數(shù)據(jù)結構選擇的考慮因素，哪一項是不正確的？（）A.數(shù)據(jù)的規(guī)模和操作的頻繁程度會影響數(shù)據(jù)結構的選擇B.對數(shù)據(jù)的訪問方式（如隨機訪問、順序訪問）也是選擇的重要因素C.空間效率通常比時間效率更重要，應優(yōu)先考慮節(jié)省存儲空間D.數(shù)據(jù)結構的可擴展性和靈活性在某些情況下也需要納入考慮7、設計一個±12V轉±5V的DC-DC電源轉換電路，輸出電流不小于0.5A，給出原理圖和PCB布線。8、在一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理中，需要有效地存儲和替換緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)頁，以提高數(shù)據(jù)庫的訪問性能。以下哪種數(shù)據(jù)結構和算法常用于緩沖區(qū)的管理？（）A.LRU（最近最少使用）算法和鏈表B.FIFO（先進先出）算法和隊列C.MRU（最近最多使用）算法和棧D.Random（隨機）算法和數(shù)組9、設計一個電子血壓計電路，能夠測量人體血壓，測量精度為±3mmHg，并且具有顯示和存儲功能。10、在數(shù)據(jù)結構中，排序算法是非常重要的一部分。冒泡排序是一種簡單的排序算法，它通過反復比較相鄰的元素并交換位置來將數(shù)組排序。對于一個包含n個元素的數(shù)組，冒泡排序的最壞時間復雜度為：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(logn)11、根據(jù)數(shù)字信號處理知識，設計一個音頻回聲消除系統(tǒng)，消除語音通信中的回聲干擾。12、設計一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的雨衰補償電路，提高系統(tǒng)在惡劣天氣條件下的通信性能。13、根據(jù)通信原理，設計一個短波通信系統(tǒng)，能夠在遠距離通信中保證信號的可靠傳輸。14、并查集是一種用于處理集合合并和查詢的數(shù)據(jù)結構。對于并查集的操作，以下描述哪一項是不正確的？（）A.可以快速判斷兩個元素是否屬于同一個集合B.合并兩個集合的操作時間復雜度為O(n)，其中n是集合中的元素數(shù)量C.通過路徑壓縮和按秩合并等優(yōu)化方法可以提高并查集的效率D.并查集常用于解決圖的連通性問題和動態(tài)集合管理問題15、設計一個基于FPGA的圖像銳化系統(tǒng)，能夠增強圖像的邊緣和細節(jié)，說明算法和硬件實現(xiàn)。16、設計一個基于數(shù)字濾波器和單片機的電機噪聲抑制系統(tǒng)，降低電機運行時的噪聲。17、利用電力電子技術設計一個充電樁控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電動汽車的充電管理和保護功能。18、AVL樹是一種平衡二叉搜索樹。關于AVL樹的特點，以下描述哪一項是不正確的？（）A.AVL樹通過旋轉操作來保持樹的平衡，左右子樹的高度差不超過1B.在AVL樹中進行插入和刪除操作后，需要通過調(diào)整來恢復平衡，時間復雜度為O(logn)C.AVL樹的查找效率在最壞情況下也能保證為O(logn)D.AVL樹的空間復雜度比普通二叉搜索樹高，不適合存儲大量數(shù)據(jù)19、設計一個基于ZigBee的智能路燈節(jié)能系統(tǒng)，能夠根據(jù)道路上的行人和車輛情況自動調(diào)節(jié)路燈亮度，實現(xiàn)節(jié)能效果。20、設計一個基于STM32的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，采用FOC控制算法，實現(xiàn)精確調(diào)速和位置控制，給出系統(tǒng)組成和軟件流程。21、設計一個基于數(shù)字電位器和運放的音頻增益自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)輸入信號強度自動調(diào)整增益。22、設計一個基于ADC和微控制器的氣體濃度檢測系統(tǒng)，能夠檢測多種常見氣體（如CO、CO?、CH?等）的濃度。23、運用電子信息工程知識，設計一個汽車電子防盜系統(tǒng)，具備車輛定位、遠程鎖車和報警等功能。24、設計一個LED點陣顯示屏電路，能夠顯示文字和圖形，顯示顏色為紅色和綠色。25、利用電力電子技術設計一個電動汽車電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)測和充放電控制。26、使用單片機設計一個智能安防系統(tǒng)，能夠檢測入侵、火災等異常情況，并及時發(fā)出警報和通知用戶。27、設計一個基于51單片機的電子時鐘，具有時分秒顯示、設置和鬧鐘功能，給出硬件電路和程序代碼。28、假設要實現(xiàn)一個LRU（LeastRecentlyUsed）緩存，當緩存滿時，刪除最近最少使用的元素。以下哪種數(shù)據(jù)結構可以有效地實現(xiàn)這個功能？（）A.數(shù)組結合鏈表，通過移動鏈表節(jié)點來標記使用頻率B.哈希表結合雙向鏈表，能夠快速查找和調(diào)整元素順序C.棧，后進先出，無法體現(xiàn)使用頻率D.隊列，先進先出，不能區(qū)分元素的使用頻率29、設計一個基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境溫度，并通過控制加熱或制冷設備將溫度穩(wěn)定在設定值的±1℃范圍內(nèi)。30、在數(shù)據(jù)結構的應用中，文件操作也是一個重要方面。以下關于數(shù)據(jù)結構與文件操作的描述，不正確的是：（）A.可以將數(shù)據(jù)結構中的數(shù)據(jù)存儲到文件中，以便長期保存和后續(xù)使用B.在從文件中讀取數(shù)據(jù)并構建數(shù)據(jù)結構時，需要考慮數(shù)據(jù)的格式和轉換C.對于大型文件，可以采用分塊讀取和處理的方式，避免一次性將全部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存D.文件操作與數(shù)據(jù)結構的選擇和使用無關，只需要關注文件的讀寫方法和權限二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某公司的會議安排管理系統(tǒng)需要存儲會議的信息，如會議編號、會議主題、會議時間、參會人員、會議室編號等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定會議、按照會議時間對會議進行排序、新增會議安排、修改會議信息、取消會議。請設計合理的數(shù)據(jù)結構和算法，并提供代碼實現(xiàn)和性能分析。2、（本題5分）一個大型企業(yè)的人力資源管理系統(tǒng)需要對員工的績效評估和培訓記錄進行管理。員工信息包括員工編號、姓名、績效評估、培訓課程等。這些信息以優(yōu)先隊列的形式存儲。請設計算法實現(xiàn)以下功能：（1）按照績效評估得分對員工進行排序；（2）為績效優(yōu)秀的員工安排優(yōu)先培訓課程；（3）刪除離職員工的信息；（4）統(tǒng)計參加過特定培訓課程的員工人數(shù)。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。3、（本題5分）一個電影票務系統(tǒng)需要存儲電影場次信息，如場次編號、電影名稱、放映時間、影廳號、剩余座位數(shù)等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定場次、按照剩余座位數(shù)對場次進行排序、新增場次、刪除已結束場次以及修改場次的剩余座位數(shù)。請選擇恰當?shù)臄?shù)據(jù)結構，并詳細闡述實現(xiàn)這些功能的算法和代碼，以及對系統(tǒng)性能的影響。4、（本題5分）一個在線論壇需要管理帖子、回復、用戶信息和板塊分類等。設計一種數(shù)據(jù)結構來存儲這些信息，支持帖子的發(fā)布、刪除、查找和排序，回復的管理，用戶信息的存儲和權限設置，以及板塊的分類和管理，并能夠?qū)崿F(xiàn)熱門帖子和最新回復的展示。5、（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行管理。航班信息包括航班號、起降時間、起降地點、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。請設計算法實現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個航班的剩余座位數(shù)量；（2）為乘客預訂指定航班的座位；（3）取消乘客的訂票；（4）統(tǒng)計每個航班的訂票人數(shù)。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）詳細論述在利用二叉搜索樹進行刪除操作時，若刪除的節(jié)點有兩個子節(jié)點，如何選擇替代節(jié)點并保持樹的性質(zhì)。2、（本題5分）解釋什么是跳表的空間復雜度和查找效率。3、（本題5分）解釋在一個帶權有向圖中，如何使用迪杰斯特拉算法求解單源最短路徑問題。4、（本題5分）解釋在鏈