武漢體育學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程算法》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程算法》2023-2024學(xué)年第二學(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)基于單片機(jī)的智能血壓計(jì)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量人體血壓，并通過藍(lán)牙將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP進(jìn)行記錄和分析。2、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步電路，包括位同步、幀同步和網(wǎng)同步模塊，測(cè)試其同步性能。3、設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，截止頻率為1kHz，通帶波紋小于1dB，阻帶衰減大于40dB，采用巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)，給出電路參數(shù)和仿真結(jié)果。4、棧是一種特殊的線性表，其操作遵循后進(jìn)先出的原則。在實(shí)際應(yīng)用中，棧有著廣泛的用途。以下關(guān)于棧的敘述中，不正確的是（）A.?？梢杂糜诒磉_(dá)式求值B.?？梢杂脕韺?shí)現(xiàn)遞歸函數(shù)的調(diào)用C.棧的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)只能是順序存儲(chǔ)D.棧頂元素是最后入棧的元素，也是最先出棧的元素5、在圖的算法中，最小生成樹算法用于構(gòu)建連通圖的最小代價(jià)生成樹，以下關(guān)于最小生成樹算法的描述，正確的是：（）A.Prim算法和Kruskal算法都能得到圖的最小生成樹，但算法思想不同B.Prim算法從圖中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始構(gòu)建生成樹，Kruskal算法則從邊的集合開始C.最小生成樹的權(quán)值之和是唯一確定的，與算法的選擇無關(guān)D.對(duì)于稠密圖，Kruskal算法的效率高于Prim算法；對(duì)于稀疏圖，Prim算法更優(yōu)6、鏈表是一種常見的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。對(duì)于單鏈表，以下關(guān)于其特點(diǎn)的描述，錯(cuò)誤的是（）A.插入和刪除操作不需要移動(dòng)大量元素，只需修改指針B.可以方便地實(shí)現(xiàn)隨機(jī)訪問，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)C.存儲(chǔ)空間不必連續(xù)，便于動(dòng)態(tài)分配D.查找某一特定位置的元素，需要從頭開始遍歷，時(shí)間復(fù)雜度為O(n)7、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字信號(hào)處理的音頻分離系統(tǒng)，能夠?qū)⒒旌弦纛l中的不同聲源分離出來。8、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻濾波器數(shù)字控制與自動(dòng)切換電路，能夠通過數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）精確控制濾波器參數(shù)，并根據(jù)輸入音頻信號(hào)自動(dòng)切換濾波器。9、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能溫度控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)設(shè)定溫度自動(dòng)控制加熱或制冷設(shè)備，保證環(huán)境溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。10、設(shè)計(jì)一個(gè)具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能的模擬信號(hào)采集系統(tǒng)，提高采集精度，給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和校準(zhǔn)算法。11、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字鎖相放大器，能夠從噪聲中提取微弱信號(hào)，給出電路設(shè)計(jì)和性能指標(biāo)。12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，支持SATA或NVMe接口，給出硬件設(shè)計(jì)和性能測(cè)試。13、對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶權(quán)無向圖，使用Prim算法生成最小生成樹，其時(shí)間復(fù)雜度為：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(ne)14、考慮一個(gè)物流配送系統(tǒng)，需要根據(jù)客戶的地址和訂單需求規(guī)劃最優(yōu)的配送路線。同時(shí)，要能夠?qū)崟r(shí)更新路況信息，并重新計(jì)算最優(yōu)路線。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合最適合解決這個(gè)問題？（）A.迪杰斯特拉算法和鄰接表B.弗洛伊德算法和矩陣C.廣度優(yōu)先搜索算法和鏈表D.深度優(yōu)先搜索算法和棧15、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的積分器電路，積分時(shí)間常數(shù)可調(diào)，輸入信號(hào)頻率范圍為0-100Hz。16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于USB3.1接口的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)量的快速傳輸，包括接口電路設(shè)計(jì)和傳輸協(xié)議。17、當(dāng)處理一個(gè)具有層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，例如文件系統(tǒng)中的目錄和文件，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠清晰地表示這種關(guān)系并方便地進(jìn)行遍歷？（）A.棧B.隊(duì)列C.樹D.鏈表18、考慮一個(gè)在線購物車系統(tǒng)，需要存儲(chǔ)用戶添加的商品信息，包括商品ID、數(shù)量和價(jià)格，并支持商品的添加、刪除和修改操作。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最適合的？（）A.二叉搜索樹，根據(jù)商品ID存儲(chǔ)B.鏈表，動(dòng)態(tài)管理商品信息C.數(shù)組，順序存儲(chǔ)購物車內(nèi)容D.哈希表，快速定位商品19、利用集成電路設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一款用于音頻播放設(shè)備的音頻功率放大器芯片，具備高效率和低失真的特性。20、設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)中均衡器收斂速度和失調(diào)的優(yōu)化方案，分析對(duì)系統(tǒng)性能的改善。21、設(shè)計(jì)一個(gè)基于模擬乘法器和運(yùn)放的有效值測(cè)量電路，能夠測(cè)量交流信號(hào)的有效值。22、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能安防監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)入侵、火災(zāi)等異常情況，并進(jìn)行報(bào)警和錄像。23、設(shè)計(jì)一個(gè)光耦隔離的數(shù)字輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離和信號(hào)傳輸，給出電路設(shè)計(jì)和性能測(cè)試。24、在樹的遍歷方式中，前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷是常見的三種方式。對(duì)于這三種遍歷方式，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.前序遍歷首先訪問根節(jié)點(diǎn)，然后遞歸地遍歷左子樹和右子樹B.中序遍歷首先遞歸地遍歷左子樹，然后訪問根節(jié)點(diǎn)，最后遞歸地遍歷右子樹C.后序遍歷首先遞歸地遍歷左子樹和右子樹，然后訪問根節(jié)點(diǎn)D.對(duì)于同一棵樹，無論采用哪種遍歷方式，得到的節(jié)點(diǎn)序列都是相同的25、設(shè)計(jì)一個(gè)基于模擬比較器的電池電量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)電量低于設(shè)定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）闡述如何在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的圖中，使用深度優(yōu)先搜索算法計(jì)算頂點(diǎn)的連通分量個(gè)數(shù)，并分析其時(shí)間復(fù)雜度。2、（本題5分）解釋如何在一個(gè)二叉樹中進(jìn)行按層之字形遍歷（即奇數(shù)層從左到右，偶數(shù)層從右到左），給出算法步驟和實(shí)現(xiàn)代碼，并分析其時(shí)間復(fù)雜度。3、（本題5分）詳細(xì)說明如何使用棧實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的操作，分析算法的思路和時(shí)間復(fù)雜度。4、（本題5分）深入分析在具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的有向圖中，如何計(jì)算圖的傳遞閉包，并給出一種有效的算法和代碼示例。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)堆排序算法，對(duì)一個(gè)整數(shù)數(shù)組進(jìn)行排序，并分析其時(shí)間和空間復(fù)雜度。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)二叉樹中找出所有節(jié)點(diǎn)的子樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，構(gòu)建一個(gè)大頂堆或小頂堆，并實(shí)現(xiàn)堆排序算法，對(duì)一組隨機(jī)數(shù)進(jìn)行排序。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)平衡二叉搜索樹（AVL樹），實(shí)現(xiàn)插入、刪除操作，并進(jìn)行平衡調(diào)整。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在旋轉(zhuǎn)有序數(shù)組中使用二分查找查找目標(biāo)值，輸出目標(biāo)值的位置。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）一個(gè)在線游戲的排行榜系統(tǒng)需要記錄玩家的得分和排名信息。玩家信息包括玩家ID、得分、排名。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)排行榜的實(shí)時(shí)更新，能夠快速查詢玩家的排名、計(jì)算排名變化，并支持新玩家的加入和舊玩家的退出。2、（本題10分）一個(gè)在線教育平臺(tái)的課程評(píng)價(jià)管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)課程評(píng)價(jià)信息，如課程編號(hào)、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)者、評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)、評(píng)價(jià)時(shí)間等。系統(tǒng)要支持快速查找特定課程的評(píng)價(jià)、按照評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)對(duì)評(píng)價(jià)進(jìn)行排序、新增評(píng)價(jià)、修改評(píng)價(jià)、刪除惡意評(píng)價(jià)。請(qǐng)選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)說明算法和代碼實(shí)現(xiàn)，以及性能評(píng)估。3、（本題10分）一個(gè)在線圖書館的書籍借閱