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1頁，共3頁湖南科技大學(xué)

《數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分一、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CAN總線的汽車電子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和車身電子設(shè)備的控制和通信，說明總線協(xié)議和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的物料輸送系統(tǒng)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的物料需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送和分揀功能。3、利用模擬電路技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)用于激光打印機(jī)的高壓電源電路，為激光發(fā)生器提供穩(wěn)定的高壓。4、設(shè)計(jì)一個(gè)基于D/A轉(zhuǎn)換器的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等常見波形。5、在哈希表中，裝填因子是一個(gè)重要的概念，以下關(guān)于裝填因子的描述，正確的是：（）A.裝填因子是哈希表中已存儲(chǔ)元素的數(shù)量與表的容量之比B.裝填因子越大，哈希沖突的概率越小，查找效率越高C.裝填因子對(duì)哈希表的性能沒有影響，可以忽略不計(jì)D.為了提高哈希表的性能，裝填因子應(yīng)該盡量設(shè)置得小一些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、希爾排序是對(duì)插入排序的一種改進(jìn)，以下關(guān)于希爾排序的特點(diǎn)，不正確的是：（）A.希爾排序通過將數(shù)組分成若干個(gè)子序列，分別進(jìn)行插入排序，逐步減少增量，最終完成排序B.希爾排序的時(shí)間復(fù)雜度取決于增量序列的選擇，在某些情況下可以接近O(nlogn)C.希爾排序是一種不穩(wěn)定的排序算法，可能改變相同元素的相對(duì)順序D.希爾排序的性能優(yōu)于所有其他排序算法，適用于各種規(guī)模的數(shù)據(jù)排序8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的智能消防報(bào)警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)火災(zāi)參數(shù)（如煙霧、溫度等）并及時(shí)報(bào)警。9、設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARM的工業(yè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制，描述系統(tǒng)架構(gòu)和軟件界面。10、假設(shè)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持快速的插入、刪除和查找操作，并且能夠存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)。以下哪種實(shí)現(xiàn)方式可能是最優(yōu)的？（）A.基于鏈表的實(shí)現(xiàn)B.基于數(shù)組的實(shí)現(xiàn)C.基于哈希表的實(shí)現(xiàn)D.基于樹的實(shí)現(xiàn)11、運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)智能工廠的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，滿足生產(chǎn)設(shè)備的高速通信和協(xié)同工作需求。12、假設(shè)正在開發(fā)一個(gè)視頻編碼系統(tǒng)，需要對(duì)視頻幀進(jìn)行壓縮和存儲(chǔ)，并能夠快速地讀取和解碼。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能對(duì)視頻數(shù)據(jù)的組織和處理最有幫助？（）A.樹狀數(shù)組，優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問B.跳表，支持快速的幀查找和操作C.鏈表，順序存儲(chǔ)視頻幀數(shù)據(jù)D.數(shù)組，直接映射視頻幀的存儲(chǔ)位置13、二叉樹在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中具有重要地位。以下關(guān)于二叉樹應(yīng)用的敘述，不正確的是：（）A.二叉樹可以用于實(shí)現(xiàn)二叉搜索樹，提高查找效率B.二叉樹可以用于表達(dá)式的存儲(chǔ)和計(jì)算C.二叉樹可以用于實(shí)現(xiàn)哈夫曼編碼，進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮D.二叉樹只能用于存儲(chǔ)和處理數(shù)值型數(shù)據(jù)14、設(shè)計(jì)一個(gè)圖像處理中的邊緣檢測(cè)算法，并在實(shí)際圖像上進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，分析算法的復(fù)雜度和準(zhǔn)確性。15、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。16、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的物料分揀系統(tǒng)，能夠根據(jù)物料的顏色、形狀等特征自動(dòng)進(jìn)行分揀。17、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電二極管的光強(qiáng)測(cè)量系統(tǒng)，能夠測(cè)量不同波長的光強(qiáng)，精度達(dá)到0.1μW/cm2。18、設(shè)計(jì)一個(gè)圖像處理中的圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案，包括評(píng)價(jià)人員的選擇和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定。19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，支持AM、FM、PM等調(diào)制方式。20、設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的無線充電發(fā)射端電路，能夠?yàn)榻邮赵O(shè)備提供穩(wěn)定的無線充電功率，給出電路設(shè)計(jì)和效率分析。21、哈希表是一種用于快速查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過哈希函數(shù)將關(guān)鍵字映射到表中的位置。假設(shè)使用一個(gè)簡單的哈希函數(shù)h(key)=key%10來存儲(chǔ)一系列整數(shù)：12、22、32、42、52。如果發(fā)生了哈希沖突，采用鏈地址法來解決。那么查找值為32時(shí)，平均比較次數(shù)大概是多少？（）A.1B.2C.3D.422、設(shè)計(jì)一個(gè)±12V轉(zhuǎn)±5V的DC-DC電源轉(zhuǎn)換電路，輸出電流不小于0.5A，給出原理圖和PCB布線。23、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，線性表是一種基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。假設(shè)我們正在研究一個(gè)順序存儲(chǔ)的線性表。以下關(guān)于線性表的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.順序存儲(chǔ)的線性表在插入和刪除元素時(shí)，可能需要移動(dòng)大量元素，效率較低B.線性表的長度可以動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)需要增加或減少存儲(chǔ)的元素?cái)?shù)量C.可以通過索引快速訪問順序存儲(chǔ)線性表中的任意元素D.順序存儲(chǔ)的線性表適合頻繁進(jìn)行插入和刪除操作的場(chǎng)景24、根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)。25、設(shè)計(jì)一個(gè)光纖通信系統(tǒng)中的光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，確定合適的光源和探測(cè)器，計(jì)算系統(tǒng)的傳輸距離和帶寬。二、簡答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）論述在二叉樹的平衡調(diào)整中，如何通過平衡因子的動(dòng)態(tài)計(jì)算來決定調(diào)整策略。2、（本題5分）解釋堆的概念，包括大根堆和小根堆，給出堆的調(diào)整算法步驟，并說明堆在排序算法中的應(yīng)用。3、（本題5分）比較冒泡排序和選擇排序在平均情況下的性能表現(xiàn)。4、（本題5分）詳細(xì)說明在字符串的匹配算法中，如何處理通配符和正則表達(dá)式的匹配。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)程序，使用二叉樹結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)員工的部門和職位，實(shí)現(xiàn)按照部門進(jìn)行查找和統(tǒng)計(jì)。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，模擬一個(gè)電商平臺(tái)的商品庫存預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)庫存低于設(shè)定閾值時(shí)發(fā)出提醒。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用鏈表實(shí)現(xiàn)雙向鏈表的插入和刪除操作，展示操作過程和結(jié)果。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，利用哈希表存儲(chǔ)學(xué)生的學(xué)號(hào)和選修課程，實(shí)現(xiàn)課程的查詢和統(tǒng)計(jì)。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)哈希表，采用開放定址法或鏈地址法解決沖突，實(shí)現(xiàn)插入、查找和刪除操作。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）某在線考試系統(tǒng)的自動(dòng)判卷功能需要記錄題目信息、考生答案和標(biāo)準(zhǔn)答案。題目信息包括題目ID、題目內(nèi)容、分值，考生答案包括考生ID、題目ID、答案內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)答案包括題目ID、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判卷，能夠快速對(duì)比考生答案和標(biāo)準(zhǔn)答案、計(jì)算考生得分，并統(tǒng)計(jì)題目得分率。2、（本題10分）一個(gè)在線投票系統(tǒng)需要對(duì)投票項(xiàng)目和投票人的選擇進(jìn)行管理。投票項(xiàng)目信息包括項(xiàng)目編號(hào)、項(xiàng)目名稱、選項(xiàng)等，投票人信息包括投票人編號(hào)、選擇的選項(xiàng)等。這些信息以線段樹的形式存儲(chǔ)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）統(tǒng)計(jì)某個(gè)投票項(xiàng)目各個(gè)選項(xiàng)的票數(shù)；（2）新增一個(gè)投票項(xiàng)目；（3）修改投票人的選擇；（4）查詢票