德宏師范高等?？茖W?！稊?shù)據(jù)科學與工程導論》2023-2024學年第一學期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學與工程導論》2023-2024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、堆排序是基于二叉堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的排序算法。假設(shè)我們正在使用堆排序?qū)?shù)組進行排序。以下關(guān)于堆排序的描述，哪一項是不準確的？（）A.堆排序首先將數(shù)組構(gòu)建成一個最大堆或最小堆，然后逐步取出堆頂元素并調(diào)整堆B.堆排序的時間復(fù)雜度為O(nlogn)，空間復(fù)雜度為O(1)C.堆排序在排序過程中不需要額外的輔助空間，是一種原地排序算法D.堆排序適用于對大規(guī)模數(shù)據(jù)進行排序，但在數(shù)據(jù)量較小時性能不如其他排序算法2、設(shè)計一個音頻放大器電路，能夠放大輸入的音頻信號，輸出功率在10W以上，并且具有音量調(diào)節(jié)功能。3、設(shè)計一個基于FPGA的交通信號燈控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的時間段和車流量自動調(diào)整信號燈的時長，實現(xiàn)智能化交通控制。4、利用電力電子技術(shù)設(shè)計一個三相交流逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，用于驅(qū)動電機等負載。5、設(shè)計一個基于FPGA的數(shù)字頻率合成器，輸出頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10^-6，相位噪聲低于-100dBc/Hz@1kHz。6、字符串在計算機程序中經(jīng)常被處理，也有相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。以下關(guān)于字符串的描述，錯誤的是：（）A.字符串可以用字符數(shù)組或指針來表示，常見的操作包括字符串的連接、比較、查找等B.樸素的字符串匹配算法時間復(fù)雜度較高，KMP算法通過利用已匹配的部分信息提高了匹配效率C.字符串的存儲方式會影響其操作的效率，例如使用動態(tài)分配內(nèi)存的方式可以更靈活地處理長度變化的字符串D.字符串的操作都是簡單的基本運算，其時間復(fù)雜度都為O(1)，與字符串的長度無關(guān)7、假設(shè)要在一個有序的整數(shù)數(shù)組中查找第一個大于給定值的元素。以下哪種搜索算法能夠最有效地完成這個任務(wù)？（）A.順序搜索B.二分查找C.深度優(yōu)先搜索D.廣度優(yōu)先搜索8、設(shè)計一個無線通信模塊遠距離傳輸電路，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠距離的無線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離達到1公里以上。9、已知一個帶權(quán)無向圖的頂點集合為{V1,V2,V3,V4,V5}，其對應(yīng)的鄰接矩陣如下：（）|024∞∞||2013∞||41021||∞3205||∞∞150|使用Prim算法構(gòu)造最小生成樹，首先被選中的邊是？A.(V1,V2)B.(V2,V3)C.(V3,V5)D.(V2,V5)10、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)組是一種常見的存儲結(jié)構(gòu)。關(guān)于數(shù)組的特點和應(yīng)用，以下描述不正確的是（）A.數(shù)組的元素在內(nèi)存中是連續(xù)存儲的，便于隨機訪問B.數(shù)組的大小在定義后通常不能改變C.二維數(shù)組在內(nèi)存中是按行優(yōu)先或列優(yōu)先的順序存儲的D.數(shù)組只能用于存儲相同類型的數(shù)據(jù)，不能存儲不同類型的數(shù)據(jù)11、棧是一種特殊的線性結(jié)構(gòu)，遵循后進先出的原則。假設(shè)一個程序中使用了棧來存儲數(shù)據(jù)。以下關(guān)于棧的描述，哪一項是不準確的？（）A.棧可以用于實現(xiàn)函數(shù)調(diào)用時的參數(shù)傳遞和局部變量存儲B.入棧和出棧操作的時間復(fù)雜度均為O(1)C.可以使用數(shù)組或鏈表來實現(xiàn)棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)D.棧的存儲空間大小是固定的，無法動態(tài)擴展12、設(shè)計一個基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測土壤濕度、光照強度、風速等參數(shù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。13、當需要構(gòu)建一個能夠表示家族關(guān)系的樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，假設(shè)每個節(jié)點代表一個家庭成員，并且需要方便地查找某個成員的祖先和后代。以下哪種樹形結(jié)構(gòu)最合適？（）A.二叉樹B.二叉搜索樹C.多叉樹D.紅黑樹14、利用模擬電路技術(shù)，設(shè)計一個高精度的電壓基準源電路，輸出電壓具有極低的溫度系數(shù)和長期穩(wěn)定性。15、快速排序是一種高效的排序算法。以下關(guān)于快速排序的描述，不正確的是：（）A.快速排序通過選擇一個基準元素，將數(shù)組分為兩部分，然后對這兩部分分別進行排序B.快速排序在平均情況下的時間復(fù)雜度為O(nlogn)C.快速排序是一種穩(wěn)定的排序算法D.快速排序在最壞情況下的時間復(fù)雜度為O(n^2)16、哈希表的裝填因子越大，發(fā)生沖突的可能性就越大。假設(shè)一個哈希表的容量為10，當前存儲了8個元素，裝填因子是多少？（）A.0.8B.0.2C.8D.217、利用數(shù)字邏輯電路設(shè)計一個數(shù)字頻率計，能夠測量輸入信號的頻率，給出測量精度和范圍。18、使用集成電路設(shè)計一個運算放大器，給出性能指標要求和電路設(shè)計方案，并進行仿真驗證。19、在排序算法中，冒泡排序是一種簡單的排序方法。以下關(guān)于冒泡排序的敘述中，不正確的是（）A.冒泡排序通過不斷比較相鄰元素并交換位置來排序B.冒泡排序在最好情況下的時間復(fù)雜度為O(n)C.冒泡排序在最壞情況下的時間復(fù)雜度為O(n^2)D.冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法20、假設(shè)正在設(shè)計一個內(nèi)存管理系統(tǒng)，需要有效地分配和回收內(nèi)存塊，并能夠快速地查找合適大小的空閑內(nèi)存區(qū)域。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法常用于解決內(nèi)存管理的問題？（）A.伙伴系統(tǒng)和首次適應(yīng)算法B.堆排序和最佳適應(yīng)算法C.冒泡排序和最壞適應(yīng)算法D.快速排序和循環(huán)首次適應(yīng)算法二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）對于一個用數(shù)組實現(xiàn)的最大堆，說明如何將其轉(zhuǎn)換為有序數(shù)組，給出算法步驟和時間復(fù)雜度分析。2、（本題5分）在一個具有n個元素的堆中，如何實現(xiàn)堆的刪除操作的優(yōu)化，使得時間復(fù)雜度降低，給出優(yōu)化思路和代碼實現(xiàn)。3、（本題5分）深入分析在一個具有n個元素的順序表中，如何進行插入排序，并分析其時間復(fù)雜度。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，使用并查集解決島嶼數(shù)量問題，給定一個二維矩陣表示地圖，判斷島嶼的個數(shù)。2、（本題5分）設(shè)計一個程序，實現(xiàn)對二叉搜索樹的平衡檢查功能，判斷輸入的二叉搜索樹是否平衡。3、（本題5分）使用圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計一個工廠生產(chǎn)流程優(yōu)化系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率。4、（本題5分）設(shè)計一個算法，利用二叉搜索樹存儲電影的評分信息，能夠快速查找特定評分范圍內(nèi)的電影。5、（本題5分）設(shè)計一個算法，判斷給定的二叉樹是否為完全二叉樹，輸出判斷結(jié)果。四、綜合題（本大題共2個小題，共20分)1、（本題10分）一個在線音樂平臺的歌單管理系統(tǒng)需要對用戶創(chuàng)建的歌單和歌曲信息進行管理。歌單信息包括歌單編號、名稱、歌曲列表等，歌曲信息包括歌曲ID、名稱、歌手等。這些信息以鄰接多重表的形式存儲。請設(shè)計算法實現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個歌單中的歌曲；（2）向歌單中添加或刪除歌曲；（3）合并兩個歌單；（4）統(tǒng)計