江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院《數(shù)據(jù)科學與應用》2023-2024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。…………密………………封………………線…………第1頁，共1頁江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院《數(shù)據(jù)科學與應用》

2023-2024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(shè)計一個基于ZigBee技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測土壤濕度、溫度、酸堿度等參數(shù)。2、歸并排序是一種基于分治思想的排序算法。以下關(guān)于歸并排序的描述，不正確的是（）A.將數(shù)組不斷分成兩半，分別排序后再合并B.歸并排序的時間復雜度始終為O(nlog?n)C.歸并排序是一種穩(wěn)定的排序算法D.歸并排序的空間復雜度較高，為O(n)3、設(shè)計一個數(shù)字音頻處理中的音頻特效生成和控制模塊，分析特效的多樣性和可控性。4、設(shè)計一個基于無線通信技術(shù)的智能環(huán)境監(jiān)測站，能夠監(jiān)測溫度、濕度、氣壓、風速等多種環(huán)境參數(shù)。5、設(shè)計一個太陽能路燈控制器智能管理與節(jié)能優(yōu)化電路，能夠?qū)崿F(xiàn)路燈的智能管理和節(jié)能優(yōu)化，提高能源利用效率。6、設(shè)計一個數(shù)字存儲示波器觸發(fā)與存儲優(yōu)化電路，能夠提高示波器的觸發(fā)準確性和存儲效率。7、設(shè)計一個高頻射頻放大器電路，工作頻率在5GHz，增益大于20dB，給出電路結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性分析。8、在樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，二叉樹是一種重要的類型。關(guān)于二叉樹的性質(zhì)，以下正確的是：（）A.一棵深度為k的滿二叉樹，其節(jié)點總數(shù)為2^k-1B.二叉樹的中序遍歷結(jié)果是節(jié)點值的升序排列（假設(shè)節(jié)點值為整數(shù)）C.任何一棵二叉樹，其葉子節(jié)點數(shù)一定等于度為2的節(jié)點數(shù)加1D.二叉樹的前序遍歷和后序遍歷結(jié)果一定不同9、設(shè)計一個電子秤數(shù)據(jù)傳輸與加密電路，能夠?qū)㈦娮映拥臏y量數(shù)據(jù)安全地傳輸?shù)狡渌O(shè)備，并進行加密保護。10、利用數(shù)字電路技術(shù)，設(shè)計一個自動售貨機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)商品選擇、支付和出貨功能。11、設(shè)計一個基于FPGA的圖像增強系統(tǒng)，能夠?qū)D像進行對比度增強、亮度調(diào)整等操作。12、并查集是一種用于處理集合合并和查詢的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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13、設(shè)計一個基于運算放大器的積分器電路，積分時間常數(shù)可調(diào)，輸入信號頻率范圍為0-100Hz。14、利用通信原理知識，設(shè)計一個無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠在一定距離內(nèi)穩(wěn)定傳輸數(shù)字信號，具備抗干擾和糾錯能力，且傳輸速率達到特定要求。15、考慮一個在線游戲排行榜系統(tǒng)，需要實時更新玩家的得分和排名，并能夠快速地獲取前幾名玩家的信息。對于這樣的需求，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的結(jié)合是最恰當?shù)?？（）A.快速排序和數(shù)組，實現(xiàn)得分排序和排名更新B.歸并排序和鏈表，處理玩家得分數(shù)據(jù)C.插入排序和棧，更新玩家排名D.堆排序和優(yōu)先隊列，高效維護排行榜16、設(shè)計一個基于單片機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管理。17、在圖這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，鄰接矩陣和鄰接表是兩種常見的存儲方式。假設(shè)一個圖的頂點數(shù)量很多，但邊的數(shù)量相對較少。為了節(jié)省存儲空間，以下哪種存儲方式可能更優(yōu)（）A.鄰接矩陣B.鄰接表C.十字鏈表D.都一樣，沒有區(qū)別18、設(shè)計一個基于霍爾效應的磁場測量儀，能夠測量0-1T的磁場強度，精度達到0.01T。19、對于一個順序存儲的線性表，要在表頭插入一個新元素，需要移動的元素個數(shù)為？（）A.0B.1C.nD.n-120、設(shè)計一個基于單片機的智能家電控制系統(tǒng)，能夠通過手機APP遠程控制家電的開關(guān)和工作模式。21、根據(jù)傳感器原理，設(shè)計一個用于氣象監(jiān)測的風速風向測量系統(tǒng)，能夠?qū)崟r準確地測量風速和風向。22、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用場景中，假設(shè)我們正在開發(fā)一個在線圖書館管理系統(tǒng)，需要高效地存儲和檢索大量的圖書信息，包括書名、作者、出版年份、分類等。為了能夠快速根據(jù)書名或作者查找特定的圖書，同時能夠方便地按照出版年份進行排序和瀏覽，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲這些圖書數(shù)據(jù)？（）A.數(shù)組B.鏈表C.二叉搜索樹D.哈希表23、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇中，需要根據(jù)具體的應用場景和性能要求進行決策。假設(shè)我們要設(shè)計一個數(shù)據(jù)存儲方案。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇的描述，哪一項是不準確的？（）A.如果需要頻繁進行插入和刪除操作，且對查找效率要求不高，可以選擇鏈表B.如果數(shù)據(jù)量較大且需要高效的查找和排序，二叉搜索樹是一個較好的選擇C.對于需要支持范圍查詢的數(shù)據(jù)，B+樹通常比二叉搜索樹更合適D.無論什么情況，選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時只考慮操作的時間復雜度，不需要考慮空間復雜度24、設(shè)計一個基于ZigBee技術(shù)的智能電表抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程自動抄表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。25、設(shè)計一個音頻功率放大器的散熱系統(tǒng)，保證放大器在高功率輸出時的穩(wěn)定工作，給出散熱系統(tǒng)的設(shè)計和熱分析。26、根據(jù)傳感器技術(shù)，設(shè)計一個用于農(nóng)業(yè)溫室的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，包括溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等。27、使用集成電路設(shè)計一個ADC轉(zhuǎn)換器，給出轉(zhuǎn)換精度、速度和功耗等性能指標，并進行電路實現(xiàn)。28、圖的廣度優(yōu)先搜索使用隊列來實現(xiàn)，在搜索過程中，以下哪個操作是關(guān)鍵的？（）A.入隊未訪問的鄰接頂點B.出隊當前頂點C.標記已訪問的頂點D.以上操作都很關(guān)鍵29、設(shè)計一個基于單片機的智能門禁系統(tǒng)，能夠通過指紋識別、密碼輸入或刷卡方式進行身份驗證，控制門的開關(guān)。30、字符串在計算機程序中經(jīng)常被處理，也有相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。以下關(guān)于字符串的存儲和操作，錯誤的是：（）A.字符串可以采用定長數(shù)組存儲，也可以采用動態(tài)分配的字符指針存儲B.字符串的比較操作可以逐個字符比較，也可以使用庫函數(shù)直接比較C.字符串的拼接操作通常需要重新分配內(nèi)存空間，以容納拼接后的結(jié)果D.字符串的查找操作只能從字符串的開頭開始，不能從中間位置開始二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個健身房管理系統(tǒng)需要記錄會員的信息、鍛煉計劃、課程預約和消費記錄。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來優(yōu)化會員管理和服務提供。2、（本題5分）一個學校的教材管理系統(tǒng)需要存儲教材的信息，包括教材編號、教材名稱、作者、出版社、庫存數(shù)量、已預訂數(shù)量等。系統(tǒng)要支持快速查找特定教材、按照庫存數(shù)量對教材進行排序、新增教材采購、修改預訂數(shù)量、刪除不再使用的教材。請確定恰當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細闡述算法和代碼實現(xiàn)，以及性能優(yōu)化策略。3、（本題5分）在一個在線游戲中，玩家的角色信息需要被實時更新和存儲。角色信息包括角色ID、角色名、等級、經(jīng)驗值、裝備列表、技能列表等。設(shè)計一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些角色數(shù)據(jù)，以便能夠快速查詢角色的詳細信息、按照等級進行排序、更新角色的經(jīng)驗值和裝備，并處理多個玩家同時進行的操作。4、（本題5分）一個視頻網(wǎng)站需要對用戶的觀看歷史和偏好進行分析，以提供個性化的推薦。用戶的觀看歷史以字典樹的形式存儲。請設(shè)計算法實現(xiàn)以下功能：（1）根據(jù)用戶的觀看歷史推薦相關(guān)視頻；（2）統(tǒng)計用戶觀看某類視頻的次數(shù)；（3）更新用戶的觀看歷史；（4）處理大量用戶數(shù)據(jù)時，如何優(yōu)化字典樹的存儲和查詢效率。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。5、（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行排序、記錄自行車的租賃和歸還操作、統(tǒng)計租賃次數(shù)。請設(shè)計合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并提供代碼實現(xiàn)和性能分析。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋如何對一個數(shù)組進行快速選擇操作（如選擇第k大的元素），給出算法步驟和實現(xiàn)代碼，并分析其平均時間復雜度。2、（本題5分）深入解釋在具有n個頂點的帶權(quán)有向圖中，如何使用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法求解單源最短路徑，并分析其時間復雜度和空間復雜度。3、（本題5分）論述如何在一個有向圖中計算強連通分量，給出具體的算法步驟。4、（本題5分）論述在廣度優(yōu)