中國科學(xué)院大學(xué)《計算機(jī)算法設(shè)計與分析》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《計算機(jī)算法設(shè)計與分析》2023-2024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20個小題，每小題2分，共40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、當(dāng)設(shè)計一個算法來解決一個幾何問題，例如計算一組點的凸包。以下哪種算法常用于解決這個問題（）A.Graham掃描算法B.二分查找算法C.歸并排序算法D.冒泡排序算法2、考慮一個在線推薦系統(tǒng)，需要根據(jù)用戶的歷史行為和偏好為其推薦相關(guān)的產(chǎn)品或服務(wù)。系統(tǒng)需要實時響應(yīng)用戶的操作，并能夠處理大量的用戶數(shù)據(jù)和不斷變化的用戶興趣。以下哪種算法或技術(shù)可能最適合用于實現(xiàn)這個推薦系統(tǒng)？（）A.協(xié)同過濾算法，基于用戶或物品的相似性進(jìn)行推薦B.基于內(nèi)容的推薦算法，根據(jù)物品的特征和用戶的偏好匹配推薦C.關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，發(fā)現(xiàn)物品之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行推薦D.以上算法和技術(shù)結(jié)合使用，以提高推薦的準(zhǔn)確性和多樣性3、在一個矩陣運算問題中，需要計算兩個矩陣的乘積?？紤]到算法的效率和空間復(fù)雜度，以下哪種算法可能是最有效的？（）A.直接按照矩陣乘法的定義進(jìn)行計算，時間復(fù)雜度較高B.采用分治法，將矩陣分成小塊進(jìn)行計算，然后合并結(jié)果C.利用Strassen算法，通過減少乘法次數(shù)來提高效率，但計算過程較復(fù)雜D.先將矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置，然后再進(jìn)行乘法運算，可能會提高效率4、考慮一個圖的最短路徑問題，圖中有大量的節(jié)點和邊。如果圖的邊權(quán)值都是正數(shù)，為了高效地找到從源節(jié)點到其他所有節(jié)點的最短路徑，以下哪種算法是最優(yōu)選擇？（）A.深度優(yōu)先搜索算法B.廣度優(yōu)先搜索算法C.Dijkstra算法D.Floyd-Warshall算法5、在算法的復(fù)雜度分析中，漸近記號（如大O記號、大Ω記號和大Θ記號）被廣泛使用。以下關(guān)于漸近記號的描述，不正確的是：（）A.大O記號表示一個函數(shù)的上界，即f(n)=O(g(n))意味著存在常數(shù)c和n0，使得當(dāng)n>=n0時，f(n)<=c*g(n)B.大Ω記號表示一個函數(shù)的下界，即f(n)=Ω(g(n))意味著存在常數(shù)c和n0，使得當(dāng)n>=n0時，f(n)>=c*g(n)C.大Θ記號表示一個函數(shù)的緊確界，即f(n)=Θ(g(n))意味著f(n)=O(g(n))且f(n)=Ω(g(n))D.當(dāng)我們說一個算法的時間復(fù)雜度為O(n^2)時，意味著其實際運行時間一定是與n^2成正比6、在算法的穩(wěn)定性方面，以下關(guān)于穩(wěn)定排序算法的描述哪一項是不正確的？（）A.相同元素在排序前后的相對順序保持不變B.穩(wěn)定排序算法在某些情況下性能優(yōu)于不穩(wěn)定排序算法C.冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法，而快速排序是不穩(wěn)定的D.算法的穩(wěn)定性對于所有問題都具有重要意義7、在算法的穩(wěn)定性方面，穩(wěn)定的排序算法在排序過程中保持相等元素的相對順序不變。假設(shè)我們正在比較不同的排序算法的穩(wěn)定性。以下關(guān)于排序算法穩(wěn)定性的描述，哪一項是不正確的？（）A.冒泡排序、插入排序和歸并排序是穩(wěn)定的排序算法B.快速排序和選擇排序通常是不穩(wěn)定的排序算法C.算法的穩(wěn)定性在某些特定的應(yīng)用場景中是非常重要的，例如對具有多個關(guān)鍵字的記錄進(jìn)行排序D.不穩(wěn)定的排序算法在任何情況下都不應(yīng)該被使用，而應(yīng)該始終選擇穩(wěn)定的排序算法8、分治法是一種重要的算法設(shè)計策略。假設(shè)我們要解決一個大規(guī)模的問題，考慮使用分治法來處理。以下關(guān)于分治法的描述，哪一項是不正確的？（）A.分治法將問題分解為若干個規(guī)模較小且相互獨立的子問題，分別求解這些子問題，然后將子問題的解合并得到原問題的解B.分治法的關(guān)鍵在于如何合理地分解問題，并確保子問題的解能夠有效地合并C.快速排序和歸并排序都是基于分治法思想設(shè)計的經(jīng)典排序算法D.分治法在處理所有類型的問題時都能顯著提高算法的效率，不需要考慮問題的特性9、在動態(tài)規(guī)劃的應(yīng)用中，最長公共子序列（LCS）問題是一個經(jīng)典問題。以下關(guān)于LCS問題的描述，錯誤的是：（）A.LCS問題是指找出兩個序列的最長公共子序列的長度B.求解LCS問題可以通過構(gòu)建二維數(shù)組來記錄中間結(jié)果，自底向上地計算C.LCS問題的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)是指LCS的子序列也是原序列的LCSD.LCS問題的時間復(fù)雜度為O(mn)，其中m和n分別是兩個序列的長度，空間復(fù)雜度為O(min(m,n))10、在算法的應(yīng)用領(lǐng)域中，圖像處理、自然語言處理和人工智能等都廣泛使用了各種算法。假設(shè)我們正在研究算法在圖像處理中的應(yīng)用。以下關(guān)于算法在圖像處理中的描述，哪一項是不正確的？（）A.圖像壓縮算法如JPEG利用了變換編碼和量化等技術(shù)來減少圖像的數(shù)據(jù)量B.圖像邊緣檢測算法如Sobel算子通過計算圖像梯度來檢測圖像中的邊緣C.圖像分類算法通?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，與傳統(tǒng)的算法設(shè)計方法關(guān)系不大D.圖像濾波算法如高斯濾波用于去除圖像中的噪聲，同時保持圖像的主要特征11、對于數(shù)值計算算法，假設(shè)要求解一個大型線性方程組。以下哪種算法在精度和效率上通常有較好的平衡？（）A.高斯消元法B.雅可比迭代法C.共軛梯度法D.以上算法視問題特點而定12、在一個回溯算法中，為了避免重復(fù)搜索已經(jīng)搜索過的部分解空間，可以采用以下哪種技術(shù)？（）A.剪枝B.備忘錄C.動態(tài)規(guī)劃D.貪心選擇13、在算法的復(fù)雜度分析中，漸近符號（如大O、大Ω和大Θ）用于描述算法性能的增長趨勢。假設(shè)我們正在分析一個算法的復(fù)雜度。以下關(guān)于漸近符號的描述，哪一項是不正確的？（）A.如果一個算法的時間復(fù)雜度為O(n)，則表示其運行時間與輸入規(guī)模n呈線性增長關(guān)系B.如果一個算法的時間復(fù)雜度為Ω(n^2)，則表示其運行時間至少以輸入規(guī)模n的平方的速度增長C.如果一個算法的時間復(fù)雜度為Θ(nlogn)，則表示其運行時間在nlogn的上下界范圍內(nèi)D.對于同一個算法，其時間復(fù)雜度不可能同時為O(n)和Ω(n^2)14、想象一個需要對一個字符串進(jìn)行壓縮的任務(wù)，例如將"aabcccccaaa"壓縮為"a2b1c5a3"。以下哪種算法可能是最有效的？（）A.遍歷字符串，統(tǒng)計每個字符的連續(xù)出現(xiàn)次數(shù)，然后生成壓縮字符串B.先將字符串轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組，然后進(jìn)行處理和壓縮C.使用哈希表存儲字符和其出現(xiàn)次數(shù)，然后生成壓縮字符串D.對字符串進(jìn)行編碼，例如使用哈夫曼編碼，實現(xiàn)壓縮15、假設(shè)要在一個鏈表中刪除所有值為特定值的節(jié)點。以下哪種算法的時間復(fù)雜度最低？（）A.遍歷鏈表，逐個刪除符合條件的節(jié)點B.先遍歷鏈表找到所有符合條件的節(jié)點，然后一次性刪除C.對鏈表進(jìn)行排序，然后刪除符合條件的節(jié)點D.將鏈表轉(zhuǎn)換為數(shù)組，處理后再轉(zhuǎn)換回鏈表16、考慮一個背包問題，背包的容量有限，有多個物品，每個物品有一定的價值和重量。要在不超過背包容量的前提下，使裝入背包的物品總價值最大。如果物品可以分割，以下哪種算法可以解決這個問題？（）A.0-1背包問題的動態(tài)規(guī)劃算法B.貪心算法C.回溯算法D.分支限界法17、在設(shè)計一個算法來解決一個NP完全問題時，如果希望在合理的時間內(nèi)找到一個較好的近似解，以下哪種策略可能是有用的？（）A.啟發(fā)式搜索B.隨機(jī)化算法C.局部搜索D.以上策略都可以18、在圖算法的性能優(yōu)化中，假設(shè)要提高一個圖遍歷算法的效率。以下哪種技術(shù)可能會有幫助？（）A.使用鄰接表代替鄰接矩陣存儲圖B.采用啟發(fā)式搜索C.對圖進(jìn)行預(yù)處理D.以上技術(shù)都可能19、動態(tài)規(guī)劃算法通常用于求解具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的問題，以下關(guān)于動態(tài)規(guī)劃的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.動態(tài)規(guī)劃通過保存已求解子問題的結(jié)果，避免了重復(fù)計算B.動態(tài)規(guī)劃的求解過程通常按照自底向上或自頂向下的方式進(jìn)行C.動態(tài)規(guī)劃一定能找到問題的最優(yōu)解D.所有具有重疊子問題的問題都適合用動態(tài)規(guī)劃求解20、假設(shè)正在設(shè)計一個加密算法，需要保證算法的安全性、加密和解密的效率以及密鑰管理的便利性。以下哪種加密算法或技術(shù)可能是最合適的選擇？（）A.AES對稱加密算法，加密和解密使用相同的密鑰B.RSA非對稱加密算法，使用公鑰和私鑰進(jìn)行加密和解密C.橢圓曲線加密算法，具有較高的安全性和效率D.以上加密算法和技術(shù)根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和組合二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）分析算法在智能交通系統(tǒng)中的作用。2、（本題5分）分析快速排序算法的平均時間復(fù)雜度和最壞情況。3、（本題5分）比較分支限界法和回溯法的異同。三、設(shè)計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計算法判斷一個有向圖是否存在環(huán)。2、（本題5分）設(shè)計算法找出給定字符串的最長公共子序列。3、（本題5分）實現(xiàn)一個算法，在一個平衡二叉搜索樹中插入一個節(jié)點。4、（本題5分）實現(xiàn)一個