昆明幼兒師范高等?？茖W(xué)?！稊?shù)據(jù)科學(xué)與應(yīng)用》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學(xué)與應(yīng)用》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個(gè)小題，每小題1分，共25分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、設(shè)計(jì)一個(gè)無線遙控器加密電路，能夠?qū)b控器的信號(hào)進(jìn)行加密，提高控制的安全性。2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能電表，能夠測(cè)量電能參數(shù)并進(jìn)行顯示和通信，給出電表的硬件電路和軟件程序。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙低功耗技術(shù)的智能血壓計(jì)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量血壓，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP進(jìn)行分析和存儲(chǔ)。4、對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，以下哪種排序算法在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度最低？（）A.冒泡排序B.插入排序C.選擇排序D.歸并排序5、在一個(gè)具有n個(gè)元素的有序數(shù)組中，使用二分查找查找一個(gè)特定元素，若查找不成功，最多需要比較多少次？（）A.log2(n)B.log2(n)-1C.log2(n)+1D.n6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠采集高速的模擬或數(shù)字信號(hào)，給出硬件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理方法。7、設(shè)計(jì)一個(gè)集成電路制造中的化學(xué)氣相沉積（CVD）設(shè)備控制系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)。8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字圖像處理的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，能夠在視頻中實(shí)時(shí)跟蹤特定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。9、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，能夠檢測(cè)火災(zāi)跡象并及時(shí)發(fā)出警報(bào)和通知相關(guān)人員。10、設(shè)計(jì)一個(gè)光耦隔離電路，實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的電氣隔離，給出電路參數(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景。11、利用數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)一個(gè)密碼鎖控制系統(tǒng)，通過輸入正確的密碼實(shí)現(xiàn)開鎖，具有錯(cuò)誤輸入報(bào)警功能。12、在圖的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，鄰接矩陣和鄰接表各有優(yōu)缺點(diǎn)，以下關(guān)于它們的比較，錯(cuò)誤的是：（）A.鄰接矩陣適合表示稠密圖，存儲(chǔ)空間開銷較大；鄰接表適合表示稀疏圖，存儲(chǔ)空間較節(jié)省B.對(duì)于判斷兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是否有邊相連，鄰接矩陣的效率高于鄰接表C.在進(jìn)行圖的遍歷操作時(shí)，鄰接表的效率總是高于鄰接矩陣D.鄰接矩陣的空間復(fù)雜度為O(n^2)，鄰接表的空間復(fù)雜度與邊的數(shù)量有關(guān)13、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，滿足多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸和資源共享需求。14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP的語音處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)語音的采集、編碼、解碼和播放，給出系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件算法流程。15、使用集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算放大器，給出性能指標(biāo)要求和電路設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。16、考慮一個(gè)在線游戲中的玩家對(duì)戰(zhàn)匹配系統(tǒng)，需要根據(jù)玩家的等級(jí)和等待時(shí)間來進(jìn)行匹配。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以高效地實(shí)現(xiàn)這個(gè)匹配過程？（）A.優(yōu)先隊(duì)列，按照等級(jí)和等待時(shí)間排序B.數(shù)組，隨機(jī)選擇匹配對(duì)象C.鏈表，逐個(gè)比較進(jìn)行匹配D.二叉樹，根據(jù)等級(jí)劃分存儲(chǔ)17、基于通信中的多天線技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)MIMO通信系統(tǒng)，提高通信容量和可靠性。18、運(yùn)用集成電路設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一款用于電動(dòng)汽車的電池管理芯片，具備電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電控制和均衡功能。19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集環(huán)境溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的降溫或升溫設(shè)備。20、假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)緩存系統(tǒng)，當(dāng)緩存滿時(shí)需要?jiǎng)h除最近最少使用的元素。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地支持這種操作？（）A.鏈表B.哈希表C.棧D.LRU緩存（使用雙向鏈表和哈希表）21、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的差分放大器電路，具有高共模抑制比和良好的線性度。22、設(shè)計(jì)一個(gè)溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)電路，能夠?qū)⒍鄠€(gè)溫度傳感器連接起來，組成一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且具有數(shù)據(jù)傳輸和顯示功能。23、設(shè)計(jì)一個(gè)用于工業(yè)自動(dòng)化的激光測(cè)距系統(tǒng)，測(cè)量精度達(dá)到毫米級(jí)，給出系統(tǒng)組成和測(cè)量算法。24、基于通信協(xié)議設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸和錯(cuò)誤檢測(cè)，說明協(xié)議的選擇和實(shí)現(xiàn)過程。25、設(shè)計(jì)一個(gè)智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、光照、PM2.5等，并進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和分析，闡述系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件功能。二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）解釋跳表的概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，說明其插入、刪除和查找操作的算法步驟，分析跳表與其他搜索結(jié)構(gòu)的性能比較。2、（本題5分）詳細(xì)闡述如何使用歸并排序算法對(duì)鏈表進(jìn)行排序，給出算法步驟和時(shí)間復(fù)雜度分析。3、（本題5分）深入解釋在具有n個(gè)頂點(diǎn)的有向圖中，如何計(jì)算頂點(diǎn)的拓?fù)渑判蛐蛄械膫€(gè)數(shù)，并給出一種有效的計(jì)算方法和代碼示例。4、（本題5分）描述二叉樹的遍歷算法在二叉樹的最近公共祖先問題中的應(yīng)用。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)帶權(quán)無向圖中找出所有權(quán)值構(gòu)成等差數(shù)列的邊。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)回溯程序，解決0-1背包問題的精確解，輸出最優(yōu)解和價(jià)值。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)一個(gè)學(xué)校的教師培訓(xùn)需求調(diào)查信息，支持分析教師的培訓(xùn)需求。4、（本題5分）使用二叉樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)表達(dá)式求值程序，能夠處理四則運(yùn)算表達(dá)式，并計(jì)算其結(jié)果。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用KMP算法在一個(gè)字符串中進(jìn)行模式匹配，輸出匹配的起始位置。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）某旅游景點(diǎn)的門票預(yù)訂系統(tǒng)需要管理預(yù)訂信息，包括預(yù)訂編號(hào)、游客姓名、身份證號(hào)、預(yù)訂日期、門票類型、數(shù)量等。系統(tǒng)要支持快速查找特定預(yù)訂、按照預(yù)訂日期對(duì)預(yù)訂進(jìn)行排序、新增預(yù)訂、取消預(yù)訂以及修改預(yù)訂的門票數(shù)量。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)適用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，給出代碼實(shí)現(xiàn)，并分析其時(shí)間和空間性能。2、（本題10分）一個(gè)學(xué)校的教師教學(xué)評(píng)價(jià)管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)教師評(píng)價(jià)信息，如教師編號(hào)、教師姓名、評(píng)價(jià)課程、評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)、評(píng)價(jià)內(nèi)容等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定教師的評(píng)價(jià)、按照評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)對(duì)教師進(jìn)行排序、新增評(píng)價(jià)、修改評(píng)價(jià)以及刪除評(píng)價(jià)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并給出代碼實(shí)現(xiàn)和性能分析。3、（本題10分