山東建筑大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法導(dǎo)論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)學(xué)校________________班級(jí)____________姓名____________考場(chǎng)____________準(zhǔn)考證號(hào)…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第2頁，共2頁山東建筑大學(xué)

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法導(dǎo)論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共15個(gè)小題，每小題2分，共30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)音頻信號(hào)頻譜分析儀，能夠顯示音頻信號(hào)的頻譜圖，給出硬件設(shè)計(jì)和頻譜分析算法。2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙低能耗（BLE）的智能手環(huán)，能夠監(jiān)測(cè)心率、運(yùn)動(dòng)步數(shù)和睡眠質(zhì)量，并與手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，說明硬件設(shè)計(jì)和軟件架構(gòu)。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的高速數(shù)據(jù)緩存系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)和讀取，給出存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和控制邏輯。4、字符串在計(jì)算機(jī)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(cuò)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(shí)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(chǔ)方式會(huì)影響其操作的效率，例如使用動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的方式可以更靈活地處理長(zhǎng)度變化的字符串D.字符串的操作都是簡(jiǎn)單的基本運(yùn)算，其時(shí)間復(fù)雜度都為O(1)，與字符串的長(zhǎng)度無關(guān)5、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中，利用緩存局部性原理可以提高性能。以下關(guān)于緩存局部性原理的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.時(shí)間局部性指的是最近被訪問過的數(shù)據(jù)在不久的將來很可能再次被訪問B.空間局部性指的是相鄰的數(shù)據(jù)很可能在短時(shí)間內(nèi)被一起訪問C.利用緩存局部性原理可以通過合理的數(shù)據(jù)布局和訪問順序來提高緩存命中率D.緩存局部性原理只適用于硬件層面的優(yōu)化，對(duì)軟件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有影響6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的物料混合控制系統(tǒng)，能夠按照設(shè)定的比例自動(dòng)混合多種物料。7、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)斎氲幕叶葓D像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并輸出邊緣圖像。8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙4.2的智能門鎖系統(tǒng)，能夠通過手機(jī)APP進(jìn)行開鎖操作，并記錄開鎖記錄。9、基于通信中的多址接入技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)，支持多個(gè)用戶同時(shí)通信，分析網(wǎng)絡(luò)容量和性能。10、隊(duì)列是另一種特殊的線性結(jié)構(gòu)，遵循先進(jìn)先出的原則。假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)中使用了隊(duì)列來處理任務(wù)。以下關(guān)于隊(duì)列的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.隊(duì)列可以用于實(shí)現(xiàn)廣度優(yōu)先搜索算法B.循環(huán)隊(duì)列可以有效地解決普通隊(duì)列可能出現(xiàn)的假溢出問題C.入隊(duì)和出隊(duì)操作的時(shí)間復(fù)雜度均為O(1)D.隊(duì)列的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)只能是數(shù)組，不能使用鏈表11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)JPEG壓縮算法，給出硬件設(shè)計(jì)和資源占用情況。12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像識(shí)別加速系統(tǒng)，提高圖像識(shí)別的速度和準(zhǔn)確率，闡述硬件加速原理和實(shí)現(xiàn)。13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)燈光控制、溫度監(jiān)測(cè)和窗簾控制，描述系統(tǒng)組成和通信協(xié)議。14、在一個(gè)操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度中，多個(gè)進(jìn)程需要競(jìng)爭(zhēng)CPU資源，系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)和等待時(shí)間進(jìn)行調(diào)度。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地管理進(jìn)程的狀態(tài)和信息？（）A.紅黑樹，平衡存儲(chǔ)進(jìn)程數(shù)據(jù)B.鏈表，簡(jiǎn)單記錄進(jìn)程順序C.數(shù)組，按固定順序存儲(chǔ)進(jìn)程D.堆，根據(jù)優(yōu)先級(jí)調(diào)整進(jìn)程位置15、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙5.0技術(shù)的無線耳機(jī)系統(tǒng)，具備穩(wěn)定的音頻傳輸、低延遲和長(zhǎng)續(xù)航功能。二、簡(jiǎn)答題（本大題共3個(gè)小題，共15分)1、（本題5分）描述二叉樹的遍歷算法在二叉樹的垂直遍歷問題中的應(yīng)用。2、（本題5分）解釋如何判斷一個(gè)圖是否為連通圖，給出至少兩種方法和實(shí)現(xiàn)步驟。3、（本題5分）解釋在平衡二叉搜索樹中，如何通過調(diào)整策略降低樹的高度。三、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5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5分）一個(gè)在線考試系統(tǒng)需要管理考試信息，包括考試編號(hào)、考試名稱、考試時(shí)間、考生名單等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定考試、按照考試時(shí)間對(duì)考試進(jìn)行排序、新增考試、刪除考試以及添加和刪除考生。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5分）某在線教育平臺(tái)需要對(duì)課程的章節(jié)內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行管理。課程信息包括課程編號(hào)、章節(jié)標(biāo)題、內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度等，學(xué)生信息包括學(xué)生編號(hào)、學(xué)習(xí)的課程等。這些信息以塊狀鏈表的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)學(xué)生在某門課程中的學(xué)習(xí)進(jìn)度；（2）更新學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度；（3）按照學(xué)習(xí)進(jìn)度對(duì)學(xué)生進(jìn)行排序；（4）統(tǒng)計(jì)某門課程的學(xué)習(xí)完成率。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。4、（本題5分）一個(gè)在線圖書館管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量的圖書信息，包括書名、作者、出版社、出版年份、分類等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織這些信息，以便能夠快速地根據(jù)書名、作者或分類進(jìn)行查詢，并實(shí)現(xiàn)新書的添加和舊書的刪除操作。5、（本題5分）一家酒店的預(yù)訂系統(tǒng)需要記錄房間信息和預(yù)訂記錄，房間信息包括房間號(hào)、房間類型、價(jià)格、可預(yù)訂狀態(tài)，預(yù)訂記錄包括預(yù)訂ID、房間號(hào)、入住時(shí)間、退房時(shí)間、客人姓名。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理預(yù)訂數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)房間的快速預(yù)訂、取消預(yù)訂、查詢房間可用性，并統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間段的預(yù)訂率。四、設(shè)計(jì)題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本