石家莊鐵道大學《數(shù)據(jù)科學與智能技術(shù)概論》2023-2024學年第一學期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學與智能技術(shù)概論》2023-2024學年第一學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個小題，每小題1分，共20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、對于一個棧，進行入棧和出棧操作時，如果棧頂指針top初始值為-1，當進行了一系列操作后，top的值為0，此時棧的狀態(tài)是？（）A.棧為空B.棧中只有一個元素C.棧已滿D.棧出錯2、假設(shè)正在開發(fā)一個文本編輯器，需要支持撤銷和重做操作。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以方便地實現(xiàn)這一功能？（）A.棧，存儲操作歷史B.隊列，按順序記錄操作C.數(shù)組，直接存儲操作信息D.二叉搜索樹，快速查找操作記錄3、設(shè)計一個音頻混音器電路，能夠?qū)⒍嗦芬纛l信號混合輸出，給出電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整方法。4、設(shè)計一個基于無線通信技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測與灌溉控制系統(tǒng)，實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)管理。5、設(shè)計一個基于熱電偶的溫度測量系統(tǒng)，能夠測量較高溫度范圍，并對測量結(jié)果進行冷端補償和線性化處理。6、在選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，需要考慮多種因素。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇的描述，不準確的是：（）A.如果需要頻繁地在頭部和尾部進行插入和刪除操作，雙端隊列可能是一個合適的選擇B.當數(shù)據(jù)的查找操作遠多于插入和刪除操作，且數(shù)據(jù)量較大時，二叉搜索樹可能比鏈表更合適C.對于需要快速合并操作的場景，如多個有序序列的合并，優(yōu)先隊列可能是一個好的選擇D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇只取決于操作的類型和頻率，不需要考慮數(shù)據(jù)的特點和規(guī)模7、字符串在計算機編程中經(jīng)常被使用。以下關(guān)于字符串操作的描述，不正確的是：（）A.字符串的比較可以通過逐個字符比較來實現(xiàn)B.字符串的連接操作可能會導致較高的時間復雜度C.字符串的查找可以使用暴力匹配算法或更高效的算法D.字符串一旦創(chuàng)建，其長度就不能改變8、選擇排序也是一種基本的排序算法。以下關(guān)于選擇排序的描述，錯誤的是（）A.每一輪從待排序序列中選擇最小的元素，放到已排序序列的末尾B.選擇排序的時間復雜度為O(n2)，但在某些情況下比冒泡排序性能好C.選擇排序是一種不穩(wěn)定的排序算法D.選擇排序不需要額外的存儲空間，空間復雜度為O(1)9、設(shè)計一個基于音頻DAC的音頻播放系統(tǒng)，支持高保真音頻輸出，采樣率不低于44.1kHz。10、根據(jù)傳感器原理，設(shè)計一個用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線的物體位置檢測系統(tǒng)，能夠準確檢測物體的位置并反饋給控制系統(tǒng)。11、利用電力電子技術(shù)設(shè)計一個升壓型直流-直流變換器（BoostConverter），并對其性能進行測試和優(yōu)化。12、利用數(shù)字邏輯電路設(shè)計一個數(shù)字時鐘分頻器，將輸入時鐘信號分頻為不同頻率的輸出信號。13、設(shè)計一個基于FPGA的圖像旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，能夠?qū)D像進行任意角度的旋轉(zhuǎn)。14、運用電子信息工程知識，設(shè)計一個智能交通信號燈自適應控制系統(tǒng)，根據(jù)實時交通流量調(diào)整信號燈時間。15、設(shè)計一個基于光電編碼器的工業(yè)機器人關(guān)節(jié)位置檢測系統(tǒng)，精度達到0.01°。16、設(shè)計一個基于數(shù)字電路的交通信號燈控制系統(tǒng)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)紅、綠、黃三種燈的定時切換，并考慮特殊情況（如緊急車輛通行）的控制邏輯。17、設(shè)計一個基于ZigBee技術(shù)的智能工廠環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測溫度、濕度、粉塵濃度等環(huán)境參數(shù)。18、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，假設(shè)我們需要存儲和操作一個公司員工的信息，包括員工編號、姓名、年齡、職位等。要求能夠快速地按照員工編號查找和修改員工信息。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合？（）A.數(shù)組B.鏈表C.哈希表D.二叉搜索樹19、設(shè)計一個基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，能夠連接多種傳感器并將數(shù)據(jù)上傳到云平臺，說明系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。20、設(shè)計一個基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多個節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信和協(xié)同控制，闡述總線協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。二、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）解釋線段樹在處理區(qū)間覆蓋問題時的思路和實現(xiàn)方法。2、（本題5分）詳細論述在一個具有n個頂點的無向圖中，如何判斷兩個子圖是否同構(gòu)。3、（本題5分）在圖的存儲中，如何處理動態(tài)圖？有哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法適用于動態(tài)圖的更新和查詢？4、（本題5分）論述在并查集的應用場景拓展中，如何解決動態(tài)圖中的連通性問題。5、（本題5分）詳細說明冒泡排序算法中如何判斷排序是否已經(jīng)完成。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，使用二叉搜索樹存儲商品的價格和銷量，實現(xiàn)按價格區(qū)間進行查找和統(tǒng)計。2、（本題5分）設(shè)計一個程序，利用數(shù)組實現(xiàn)快速排序的非遞歸并行版本，提高排序效率并展示過程和結(jié)果。3、（本題5分）設(shè)計一個算法，利用二叉樹結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對一組字符串的排序和查找。4、（本題5分）設(shè)計一個程序，利用伸展樹和哈希表的結(jié)合，實現(xiàn)對在線交易記錄的高效管理和查詢。5、（本題5分）使用雙向鏈表和迪杰斯特拉算法，設(shè)計一個程序，為一個城市的公交系統(tǒng)規(guī)劃線路，使乘客換乘次數(shù)最少。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某快遞公司的包裹跟蹤系統(tǒng)需要對包裹的運輸路徑和狀態(tài)進行管理。包裹信息包括包裹編號、起始地、目的地、當前位置、狀態(tài)等。這些信息以雙端隊列的形式存儲。請設(shè)計算法實現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個包裹的當前位置和狀態(tài)；（2）包裹到達一個新的地點時更新其信息；（3）按照目的地對包裹進行排序；（4）統(tǒng)計處于運輸中、已送達和異常狀態(tài)的包裹數(shù)量。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。2、（本題10分）一個股票交易系統(tǒng)需要實時處理大量的股票交易數(shù)據(jù)，包括股票代碼、交易時間、交易價格、交易數(shù)量、買賣方向等。請設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲和管理這些交易數(shù)據(jù)，能夠快速查詢特定股票的交易記錄、按時間排序交易、計算某段時間內(nèi)的股票均價，并支持新交易的插入和舊交易的刪除。3、（本題10分）某社交網(wǎng)絡(luò)的消息推送系統(tǒng)需要對用戶的消息進行管理。消息包括發(fā)送者