自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁(yè)，共3頁(yè)鄭州大學(xué)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》

2022-2023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)一二三四總分得分一、單選題（本大題共30個(gè)小題，每小題1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、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，能夠檢測(cè)車輛的異常狀態(tài)并發(fā)出警報(bào)，同時(shí)通過短信通知車主。2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32微控制器的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，支持PWM調(diào)速和閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的精確調(diào)速，提供控制算法和程序框架。3、在一個(gè)需要對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行去重操作的場(chǎng)景中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能？（）A.集合，自動(dòng)去除重復(fù)元素B.數(shù)組，需要額外的算法進(jìn)行去重C.鏈表，去重操作復(fù)雜且效率低D.棧，不適合進(jìn)行去重操作4、設(shè)計(jì)一個(gè)基于UWB技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，定位精度達(dá)到厘米級(jí)，說明系統(tǒng)組成和定位算法。5、設(shè)計(jì)一個(gè)模擬電子琴的電路，能夠通過按鍵產(chǎn)生不同頻率的聲音，模擬鋼琴的基本音階。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的制藥廠反應(yīng)釜控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)溫度、壓力、攪拌速度等參數(shù)的精確控制。7、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，能夠?qū)斎雸D像進(jìn)行灰度化、濾波、邊緣檢測(cè)等基本操作，顯示處理結(jié)果。8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，并通過控制加熱或制冷設(shè)備將溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，給出硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)。9、歸并排序是一種基于分治思想的排序算法。以下關(guān)于歸并排序的說法，正確的是：（）A.歸并排序?qū)?shù)組不斷分成兩半，分別排序后再合并，合并過程比較復(fù)雜B.歸并排序在任何情況下的時(shí)間復(fù)雜度都是O(n^2)，效率較低C.歸并排序不是一種穩(wěn)定的排序算法，可能改變相同元素的順序D.歸并排序的空間復(fù)雜度較低，不需要額外的輔助空間10、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)程序來管理一個(gè)圖書館的書籍庫(kù)存系統(tǒng)，需要能夠快速查找、插入和刪除書籍信息?？紤]到書籍?dāng)?shù)量可能很大，并且操作頻繁，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最適合的？（）A.數(shù)組，存儲(chǔ)固定數(shù)量的元素，插入和刪除操作效率較低B.鏈表，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)元素，插入和刪除操作方便，但查找效率相對(duì)較低C.棧，遵循后進(jìn)先出原則，不適合頻繁的查找和刪除任意位置的元素D.隊(duì)列，先進(jìn)先出，適用于排隊(duì)場(chǎng)景，不太適合此庫(kù)存管理需求11、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(cuò)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(shí)間復(fù)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(chǔ)空間，空間復(fù)雜度為O(1)12、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)和位置反饋控制，闡述控制算法和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于Arduino的智能灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤濕度自動(dòng)控制灌溉設(shè)備的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。14、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，采用熱電偶傳感器，能夠測(cè)量-50℃至150℃的溫度范圍，精度為0.5℃，說明硬件連接和信號(hào)調(diào)理。15、設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)信道編碼的性能評(píng)估方案，包括不同編碼方式的誤碼率測(cè)試和糾錯(cuò)能力分析。16、考慮用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)字典功能，要求能夠快速插入、刪除和查找元素。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能是最合適的（）A.紅黑樹B.跳表C.堆D.以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以17、想象一個(gè)需要快速判斷一個(gè)字符串是否為回文的場(chǎng)景。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的組合可能是最有效的？（）A.利用棧將字符串逆序，然后與原字符串比較B.使用雙指針從字符串兩端向中間移動(dòng)進(jìn)行比較C.將字符串存儲(chǔ)在樹中，進(jìn)行遍歷比較D.通過哈希函數(shù)計(jì)算字符串的特征值進(jìn)行判斷18、紅黑樹也是一種自平衡的二叉搜索樹。假設(shè)我們正在研究一個(gè)紅黑樹。以下關(guān)于紅黑樹的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.紅黑樹通過對(duì)節(jié)點(diǎn)顏色的約束來保持一定程度的平衡B.紅黑樹的插入和刪除操作相對(duì)復(fù)雜，但能保證較好的性能C.紅黑樹的查找操作的時(shí)間復(fù)雜度在平均情況下優(yōu)于AVL樹D.紅黑樹在頻繁插入和刪除節(jié)點(diǎn)的情況下，性能比AVL樹更穩(wěn)定19、設(shè)計(jì)一個(gè)5V轉(zhuǎn)1.8V的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電流不小于1A，效率達(dá)到90%以上，給出原理圖和元件選型。20、在一個(gè)文本處理程序中，需要對(duì)輸入的大量文本進(jìn)行單詞頻率統(tǒng)計(jì)。也就是說，要快速確定每個(gè)單詞在文本中出現(xiàn)的次數(shù)。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能？（）A.棧，按照后進(jìn)先出的原則存儲(chǔ)單詞B.隊(duì)列，先進(jìn)先出地處理單詞C.二叉樹，對(duì)單詞進(jìn)行分類存儲(chǔ)D.哈希表，將單詞作為鍵，出現(xiàn)次數(shù)作為值21、設(shè)計(jì)一個(gè)高頻開關(guān)電源，輸出電壓為24V/10A，效率不低于85%，給出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇和元件參數(shù)計(jì)算。22、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻功率放大器，采用甲乙類放大方式，輸出功率為50W，負(fù)載為8Ω，給出電路原理圖和元件參數(shù)選擇。23、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻分頻器電路，將音頻信號(hào)分為高音、中音和低音，給出電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)計(jì)算。24、在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能尤為重要。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.合理選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可以顯著提高程序的性能，例如在頻繁插入和刪除的場(chǎng)景中使用鏈表而不是數(shù)組B.調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)方式，如使用壓縮存儲(chǔ)可以減少存儲(chǔ)空間，但可能會(huì)增加操作的時(shí)間復(fù)雜度C.利用緩存機(jī)制可以提高數(shù)據(jù)訪問的速度，但需要考慮緩存的命中率和替換策略D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)化只需要關(guān)注時(shí)間復(fù)雜度，空間復(fù)雜度可以忽略不計(jì)25、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)的智能照明系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)群組控制和場(chǎng)景設(shè)置，說明系統(tǒng)組成和網(wǎng)絡(luò)配置。26、使用集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)乘法器，給出乘法運(yùn)算的速度和精度要求，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化。27、樹是一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有層次關(guān)系。以下關(guān)于樹的描述，不正確的是：（）A.二叉樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，分為左子節(jié)點(diǎn)和右子節(jié)點(diǎn)B.二叉搜索樹的左子樹中的節(jié)點(diǎn)值小于根節(jié)點(diǎn)值，右子樹中的節(jié)點(diǎn)值大于根節(jié)點(diǎn)值，便于快速查找、插入和刪除C.平衡二叉樹通過自動(dòng)調(diào)整保持樹的平衡，提高了查找效率，但插入和刪除操作相對(duì)復(fù)雜D.樹的遍歷方式包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷，且每種遍歷方式的時(shí)間復(fù)雜度都是相同的，與樹的結(jié)構(gòu)無關(guān)28、二叉搜索樹在數(shù)據(jù)查找和排序中有廣泛應(yīng)用。假設(shè)我們正在維護(hù)一個(gè)二叉搜索樹。以下關(guān)于二叉搜索樹的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.插入操作時(shí)，通過比較節(jié)點(diǎn)值找到合適的位置插入新節(jié)點(diǎn)，保持二叉搜索樹的性質(zhì)B.查找操作的時(shí)間復(fù)雜度在平均情況下為O(logn)，但在最壞情況下可能退化為O(n)C.刪除操作相對(duì)復(fù)雜，需要根據(jù)被刪除節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行不同的處理D.只要按照一定的順序插入節(jié)點(diǎn)，二叉搜索樹就一定是平衡的，不需要進(jìn)行平衡調(diào)整29、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)液位計(jì)數(shù)據(jù)傳輸電路，能夠?qū)囟扔?jì)液位計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。30、設(shè)計(jì)一個(gè)用于衛(wèi)星通信的低噪聲放大器（LNA），工作頻率在Ku波段，噪聲系數(shù)小于1dB，增益大于20dB，闡述電路設(shè)計(jì)和器件選型。二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）某電商平臺(tái)的庫(kù)存管理系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控商品庫(kù)存數(shù)量，當(dāng)庫(kù)存低于閾值時(shí)自動(dòng)補(bǔ)貨。設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的準(zhǔn)確管理和及時(shí)補(bǔ)貨。2、（本題5分）一個(gè)醫(yī)院的掛號(hào)系統(tǒng)需要記錄患者的掛號(hào)信息，包括患者姓名、身份證號(hào)、掛號(hào)科室、醫(yī)生姓名、掛號(hào)時(shí)間、就診狀態(tài)等。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理這些掛號(hào)數(shù)據(jù)，支持快速查找患者的掛號(hào)記錄、按照科室或醫(yī)生分類查詢、更新就診狀態(tài)，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)科室的掛號(hào)人數(shù)。3、（本題5分）在一個(gè)在線論壇的帖子管理系統(tǒng)中，帖子有不同的主題、發(fā)布者、發(fā)布時(shí)間、回復(fù)數(shù)量等屬性。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)帖子信息，支持帖子的發(fā)布、刪除、置頂、加精等操作，能夠快速按主題、發(fā)布時(shí)間、回復(fù)數(shù)量等條件對(duì)帖子進(jìn)行排序和查詢。4、（本題5分）某在線寵物領(lǐng)養(yǎng)平臺(tái)需要記錄寵物的信息、領(lǐng)養(yǎng)人的申請(qǐng)和審核狀態(tài)。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，確保寵物能夠找到合適的領(lǐng)養(yǎng)家庭。5、（本題5分）一個(gè)在線論壇需要管理帖子的主題、內(nèi)容、作者、發(fā)布時(shí)間和回復(fù)信息。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織這些數(shù)據(jù)，方便用戶瀏覽、搜索和回復(fù)帖子。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）解釋如何在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)的圖中，使用廣度優(yōu)先搜索算法計(jì)算頂點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)度，并分析其時(shí)間復(fù)雜度。2、（本題5分）詳細(xì)論述在具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的完全二叉樹中，如何通過節(jié)點(diǎn)編號(hào)快速計(jì)算其父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。3、（本題5分）描述二叉樹的后序遍歷在二叉樹的計(jì)算節(jié)點(diǎn)高度、平衡檢查等操作中的應(yīng)用。4、（本題5分）說