裝訂線裝訂線PAGE2第1頁，共3頁山東交通學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)算法》

2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷院(系)_______班級_______學(xué)號_______姓名_______題號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、設(shè)計(jì)一個(gè)無線通信模塊電路，能夠?qū)崿F(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離在100米以內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps。2、設(shè)計(jì)一個(gè)電子秤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，能夠?qū)㈦娮映拥臏y量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地或云端，方便查詢和分析。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電傳感器的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，當(dāng)檢測到有人靠近時(shí)自動(dòng)開門，一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)門。4、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5、使用集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)音頻功率放大器，要求輸出功率達(dá)到一定值，同時(shí)具有良好的音質(zhì)和低噪聲。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號濾波系統(tǒng)，支持在線參數(shù)調(diào)整和實(shí)時(shí)濾波，給出硬件設(shè)計(jì)和濾波算法優(yōu)化。7、若要對n個(gè)不同的關(guān)鍵字進(jìn)行冒泡排序，在最壞情況下，其比較次數(shù)為？（）A.n(n-1)/2B.nlog2nC.n^2D.n8、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光纖通信的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠在長距離傳輸中保持高速和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸性能。9、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)智能空氣質(zhì)量監(jiān)測儀，能夠檢測多種污染物濃度并顯示，當(dāng)空氣質(zhì)量超標(biāo)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。10、設(shè)計(jì)一個(gè)電子血壓計(jì)數(shù)據(jù)分析與預(yù)警電路，能夠?qū)ρ獕河?jì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)血壓異常時(shí)發(fā)出預(yù)警信號。11、在一個(gè)交通流量監(jiān)測系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)記錄不同路段的車輛數(shù)量，并能夠快速地找出車輛數(shù)量最多的路段和最少的路段。此外，還需要能夠動(dòng)態(tài)地更新路段的車輛數(shù)量信息。對于這樣的需求，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最為合適？（）A.優(yōu)先隊(duì)列，能夠快速獲取最大或最小元素B.紅黑樹，保持?jǐn)?shù)據(jù)的有序性并支持高效的插入和刪除C.跳表，實(shí)現(xiàn)快速的查找、插入和刪除操作D.線段樹，用于處理區(qū)間的統(tǒng)計(jì)和更新問題12、二叉搜索樹是一種特殊的二叉樹，具有特定的性質(zhì)和用途。以下關(guān)于二叉搜索樹的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.左子樹上所有節(jié)點(diǎn)的值均小于根節(jié)點(diǎn)的值，右子樹上所有節(jié)點(diǎn)的值均大于根節(jié)點(diǎn)的值B.對二叉搜索樹進(jìn)行中序遍歷，可以得到一個(gè)有序的序列C.二叉搜索樹的查找、插入和刪除操作的平均時(shí)間復(fù)雜度都是O(logn)D.二叉搜索樹一定是平衡的，即左右子樹的高度差不超過113、利用數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測量直流電壓并以數(shù)字形式顯示，給出測量精度和量程。14、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、組織數(shù)據(jù)的方式。在研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，線性表是一種基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于線性表的描述中，錯(cuò)誤的是（）A.線性表可以順序存儲(chǔ)，也可以鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)B.順序存儲(chǔ)的線性表可以隨機(jī)訪問其中的任意元素C.鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)的線性表在插入和刪除元素時(shí)效率較高D.線性表中的元素必須是連續(xù)存儲(chǔ)的，中間不能有空隙15、設(shè)計(jì)一個(gè)基于音頻運(yùn)放的耳機(jī)放大器，輸出功率不小于500mW，失真度小于0.1%。16、根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的前端電路，能夠接收和解碼衛(wèi)星導(dǎo)航信號。17、設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的IP地址分配方案，滿足特定網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的需求。18、設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的多星座融合定位算法，評估定位精度的提升效果。19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)低功耗遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，給出硬件架構(gòu)和軟件流程。20、設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP的語音處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)語音的采集、編碼、解碼和播放，給出系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件算法流程。21、設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)中的軟件定義無線電（SDR）平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)制解調(diào)功能。22、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號處理器（DSP）音頻處理電路，能夠?qū)崿F(xiàn)音頻信號的混音、特效等處理功能。23、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。24、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻均衡器，能夠?qū)σ纛l信號進(jìn)行5段均衡調(diào)節(jié)，給出系統(tǒng)方案和濾波器參數(shù)計(jì)算。25、設(shè)計(jì)一個(gè)基于音頻功率放大器的汽車音響系統(tǒng)，具備四路輸出，總功率不小于100W。26、想象一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的緩存系統(tǒng)，數(shù)據(jù)包按照到達(dá)的先后順序存儲(chǔ)，并且當(dāng)緩存滿時(shí)需要?jiǎng)h除最早到達(dá)的數(shù)據(jù)包。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適合實(shí)現(xiàn)這個(gè)緩存？（）A.循環(huán)隊(duì)列，能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)先出，并且容易判斷滿和空的狀態(tài)B.棧，后進(jìn)先出，不符合數(shù)據(jù)包的處理順序C.優(yōu)先隊(duì)列，根據(jù)優(yōu)先級處理，不適合按到達(dá)順序處理D.圖，用于表示復(fù)雜的關(guān)系，不適合簡單的數(shù)據(jù)包緩存27、設(shè)計(jì)一個(gè)光控開關(guān)電路，當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度低于一定值時(shí)，自動(dòng)打開照明設(shè)備，當(dāng)光照強(qiáng)度高于一定值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉照明設(shè)備。28、設(shè)計(jì)一個(gè)智能電表的通信接口電路，能夠與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，包括接口類型選擇和電路設(shè)計(jì)。29、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的差分放大器電路，具有高共模抑制比和低噪聲特性。30、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電編碼器的電機(jī)位置測量系統(tǒng)，能夠精確測量電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位置。二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）某在線音樂教學(xué)平臺(tái)需要記錄課程信息、學(xué)生信息、學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)完成情況等。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支持教學(xué)過程的管理，實(shí)現(xiàn)課程安排、學(xué)生學(xué)習(xí)情況跟蹤、作業(yè)批改和成績統(tǒng)計(jì)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。2、（本題5分）某公司的員工管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)員工的基本信息，如員工編號、姓名、年齡、職位、工資等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定員工的信息、按照工資高低對員工進(jìn)行排序、新增和刪除員工記錄，并且支持對員工信息的修改。請確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述如何實(shí)現(xiàn)這些功能，包括算法設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)，以及對性能的分析。3、（本題5分）某城市的交通管理系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控道路的車流量，并根據(jù)車流量調(diào)整信號燈的時(shí)間。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，能夠快速地統(tǒng)計(jì)各個(gè)路段的車流量，并及時(shí)更新信號燈的控制策略。4、（本題5分）某快遞公司的包裹跟蹤系統(tǒng)需要對包裹的運(yùn)輸路徑和狀態(tài)進(jìn)行管理。包裹信息包括包裹編號、起始地、目的地、當(dāng)前位置、狀態(tài)等。這些信息以雙端隊(duì)列的形式存儲(chǔ)。請?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某個(gè)包裹的當(dāng)前位置和狀態(tài)；（2）包裹到達(dá)一個(gè)新的地點(diǎn)時(shí)更新其信息；（3）按照目的地對包裹進(jìn)行排序；（4）統(tǒng)計(jì)處于運(yùn)輸中、已送達(dá)和異常狀態(tài)的包裹數(shù)量。分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。5、（本題5分）在一個(gè)在線旅游行程規(guī)劃系統(tǒng)中，用戶可以自定義旅游行程，包括景點(diǎn)、住宿、交通等安排。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)用戶的行程規(guī)劃，支持行程的修改、分享和評價(jià)，能夠根據(jù)用戶需求提供合理的行程建議和優(yōu)化方案。三、簡答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）深入分析在具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的無向圖中，如何使用克魯斯卡爾（Kruskal）算法求解最小瓶頸生成樹，并說明其特點(diǎn)和應(yīng)用場景。2、（本題5分）對于一個(gè)用鏈表實(shí)現(xiàn)的雙向循環(huán)隊(duì)列，說明其入隊(duì)、出隊(duì)操作的實(shí)現(xiàn)方法，以及如何判斷隊(duì)列是否為空或已滿。3、（本題5分）闡述在并查集中，如何通過優(yōu)化合并策略提高查詢和合并的效率。4、（本題5分）詳細(xì)闡述在具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的有向圖中，如何判斷是否存在回路，并給出具體的算法思想和實(shí)現(xiàn)步驟