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《數(shù)據(jù)結構與算法（基于Python）》2023-2024學年第二學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______姓名_______題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25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、設計一個正弦波信號發(fā)生器，輸出頻率在1kHz至100kHz連續(xù)可調，采用集成運放實現(xiàn)，說明電路結構和調試方法。2、設計一個音頻放大器失真補償電路，能夠對放大器的失真進行補償，提高音頻質量。3、設計一個基于單片機的智能血壓計，能夠準確測量血壓，并具有數(shù)據(jù)存儲和分析功能。4、假設要設計一個算法來找出一個整數(shù)數(shù)組中所有出現(xiàn)次數(shù)超過一半的元素。以下哪種數(shù)據(jù)結構和算法的結合可能是最有效的？（）A.哈希表記錄元素出現(xiàn)次數(shù)，然后篩選出次數(shù)超過一半的元素B.排序數(shù)組，然后通過遍歷找出出現(xiàn)次數(shù)超過一半的元素C.棧，存儲元素并進行比較，難以實現(xiàn)此功能D.隊列，先進先出，不適合統(tǒng)計元素出現(xiàn)次數(shù)5、設計一個基于鎖相環(huán)（PLL）的頻率合成器，輸出頻率范圍為100kHz至1GHz，頻率分辨率小于1kHz，給出電路結構和參數(shù)計算過程。6、設計一個數(shù)字示波器探頭電路，能夠將輸入信號轉換為適合示波器測量的信號，并且具有衰減和補償功能。7、使用單片機設計一個智能溫度控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)設定溫度自動控制加熱或制冷設備，保證環(huán)境溫度穩(wěn)定在一定范圍內。8、在二叉搜索樹中，左子樹的所有節(jié)點值都小于根節(jié)點值，右子樹的所有節(jié)點值都大于根節(jié)點值。假設存在一個二叉搜索樹，插入一系列值：50、30、70、20、40、60、80。在插入這些值后，要查找值為60的節(jié)點，以下哪種查找路徑是正確的？（）A.50-70-60B.50-30-40-60C.50-70-80-60D.50-30-20-609、棧是一種特殊的線性表，遵循特定的操作原則。對于棧的操作，以下描述哪一項是不正確的？（）A.棧遵循先進后出（FILO）的原則，只能在棧頂進行插入和刪除操作B.可以使用數(shù)組或鏈表來實現(xiàn)棧的數(shù)據(jù)結構C.棧的入棧和出棧操作的時間復雜度均為O(1)D.棧的應用非常廣泛，例如在表達式求值和函數(shù)調用中10、設計一個基于STM32的智能農業(yè)灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤濕度、氣象條件等自動控制灌溉，提供系統(tǒng)的硬件電路和控制策略。11、設計一個音頻放大器電路，能夠將輸入的音頻信號進行放大，輸出功率不小于10W，失真度小于1%，并具備音量調節(jié)功能。12、使用集成電路設計一個ADC轉換器，給出轉換精度、速度和功耗等性能指標，并進行電路實現(xiàn)。13、在字符串匹配算法中，KMP算法是一種高效的算法，以下關于KMP算法的描述，不正確的是：（）A.KMP算法通過利用已經匹配的部分信息，避免了不必要的回溯，提高了匹配效率B.KMP算法的時間復雜度主要取決于模式串的長度，與主串的長度無關C.KMP算法的核心是計算模式串的next數(shù)組，用于確定匹配失敗時的移動位置D.KMP算法在任何情況下的性能都優(yōu)于樸素的字符串匹配算法14、假設在一個操作系統(tǒng)的內存管理中，需要動態(tài)地分配和回收內存塊，并且避免內存碎片的產生。以下哪種數(shù)據(jù)結構和算法可以用于實現(xiàn)有效的內存管理？（）A.伙伴系統(tǒng)B.分頁存儲管理C.分段存儲管理D.段頁式存儲管理15、設計一個簡單的數(shù)字示波器的觸發(fā)電路，能夠準確捕捉輸入信號的特定特征，闡述觸發(fā)電路的原理和設計。16、設計一個音頻DAC轉換器電路，實現(xiàn)高保真音頻輸出，給出電路結構和性能指標。17、設計一個無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用藍牙技術實現(xiàn)短距離數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率不低于1Mbps，有效傳輸距離不小于10米。18、設計一個通信系統(tǒng)中的多輸入多輸出（MIMO）傳輸方案，分析系統(tǒng)容量和誤碼率性能。19、設計一個程控衰減器，衰減量可在0至60dB范圍內程控調節(jié)，精度為1dB，給出電路實現(xiàn)和控制邏輯。20、考慮一個網絡數(shù)據(jù)包的處理系統(tǒng)，需要按照數(shù)據(jù)包到達的先后順序進行處理，同時能夠在任意時刻獲取最早到達的數(shù)據(jù)包。以下哪種數(shù)據(jù)結構可以滿足這種需求？（）A.優(yōu)先隊列，根據(jù)優(yōu)先級處理數(shù)據(jù)包B.鏈表，順序存儲數(shù)據(jù)包C.棧，先進后出處理數(shù)據(jù)包D.環(huán)形隊列，實現(xiàn)先進先出且循環(huán)利用空間21、設計一個數(shù)字溫度計液位計智能監(jiān)測電路，能夠自動監(jiān)測溫度和液位的變化，并給出預警提示。22、設計一個具有自動增益控制功能的放大器，能夠根據(jù)輸入信號的幅度自動調整增益，給出電路設計和性能測試報告。23、設計一個基于ADC和微控制器的風速測量系統(tǒng)，能夠測量0-30m/s的風速，精度達到0.1m/s。24、設計一個太陽能充電控制器，能夠對12V的蓄電池進行充電管理，實現(xiàn)過充、過放保護，描述電路原理和控制策略。25、遞歸是一種編程技術，在數(shù)據(jù)結構和算法中經常用到。以下關于遞歸的描述，錯誤的是：（）A.遞歸函數(shù)直接或間接調用自身B.遞歸算法通常比非遞歸算法更簡潔易懂C.遞歸算法的執(zhí)行效率總是高于非遞歸算法D.遞歸在處理某些問題時，如樹和圖的遍歷，非常方便二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）解釋什么是伸展樹數(shù)據(jù)結構，說明其自調整的原理和優(yōu)勢，并闡述如何進行插入和查找操作。2、（本題5分）解釋在一個帶權有向圖中，如何使用迪杰斯特拉算法求解單源最短路徑問題。3、（本題5分）探討在一個具有n個頂點的有向圖中，如何判斷是否存在負權回路。4、（本題5分）解釋什么是基數(shù)樹（RadixTree）數(shù)據(jù)結構，說明其特點和應用場景，并闡述如何進行插入和查找操作。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個程序，利用數(shù)組實現(xiàn)插入排序的優(yōu)化版本，提高排序效率并展示過程和結果。2、（本題5分）使用雙向鏈表和克魯斯卡爾算法，設計一個程序，為一個智能交通系統(tǒng)中的車輛通信網絡構建最優(yōu)連接，提高通信效率。3、（本題5分）設計一個哈希表，處理沖突采用鏈地址法，實現(xiàn)插入、查找和刪除操作，并分析其性能。4、（本題5分）基于字典樹和克魯斯卡爾算法，設計一個程序，為一個分布式存儲系統(tǒng)構建最優(yōu)的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點連接方案。5、（本題5分）設計一個程序，使用Johnson算法求解給定無向圖中所有頂點對之間的最短路徑，輸出最短路徑矩陣。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某音樂平臺需要對用戶的播放記錄和收藏歌曲進行管理。用戶信息包括用戶ID、播放歷史、收藏歌曲等?？紤]使用左偏樹來存儲這些信息。請設計算法實現(xiàn)以下功能：（1）查詢用戶最近播放的歌曲；（2）添加用戶新的播放記錄或收藏歌曲；（3）刪除用戶不再喜歡的歌曲；（4）按照播放次數(shù)對用戶的歌曲進行排序。分析所設計算法的時間復雜度和空間復雜度。2、（本題10分）某