學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁中國地質(zhì)大學（武漢）《數(shù)據(jù)科學》

2023-2024學年第二學期期末試卷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、設計一個太陽能充電器電路，能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)換為電能，為手機、平板電腦等設備充電，輸出電壓為5V。2、根據(jù)數(shù)字信號處理理論，設計一個圖像壓縮編碼系統(tǒng)，能夠?qū)D像進行高效壓縮，同時保持較好的圖像質(zhì)量。3、設計一個光纖通信系統(tǒng)中光纖的選型方案，考慮傳輸距離、帶寬和成本等因素，進行性能和成本評估。4、設計一個基于數(shù)字濾波器和單片機的電機噪聲抑制系統(tǒng)，降低電機運行時的噪聲。5、設計一個數(shù)字存儲示波器觸發(fā)電路，能夠根據(jù)特定的信號條件觸發(fā)示波器的采樣，提高測量的準確性。6、在圖的存儲和遍歷中，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷可以用于判斷圖是否連通。以下關(guān)于連通性判斷的敘述中，不正確的是（）A.如果從某個頂點出發(fā)能夠遍歷到圖中的所有頂點，則圖是連通的B.對于無向圖，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷的結(jié)果相同，都能判斷連通性C.對于有向圖，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷的結(jié)果可能不同，需要綜合判斷連通性D.無論圖的存儲方式如何，深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷判斷連通性的時間復雜度相同7、設計一個基于運算放大器的求和放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)多個輸入信號的加權(quán)求和。8、平衡二叉樹是為了改進二叉搜索樹可能存在的不平衡問題而提出的。以下關(guān)于平衡二叉樹的說法，正確的是：（）A.平衡二叉樹在插入和刪除操作后，通過旋轉(zhuǎn)等操作始終保持樹的高度平衡B.平衡二叉樹的查找效率一定高于普通二叉搜索樹C.平衡二叉樹的構(gòu)建和維護比較簡單，不需要復雜的算法D.所有的平衡二叉樹都是完全二叉樹9、隨著技術(shù)的發(fā)展，新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。以下關(guān)于新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，不正確的是：（）A.新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是為了解決特定的問題或提高性能而提出的B.新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一定比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更優(yōu)秀，應完全取代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C.了解新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有助于拓展思維和應對復雜的應用場景D.新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用需要根據(jù)具體需求進行評估和選擇10、樹是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，二叉樹是樹的一種特殊形式。在二叉樹中，每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，分別稱為左子節(jié)點和右子節(jié)點。滿二叉樹是一種特殊的二叉樹，其所有的葉節(jié)點都在同一層，并且每個非葉節(jié)點都有兩個子節(jié)點。對于一個深度為4的滿二叉樹，其節(jié)點總數(shù)為：（）A.15B.16C.31D.3211、運用數(shù)字電路設計一個密碼鎖系統(tǒng)，用戶通過輸入正確的密碼才能打開鎖，同時具有錯誤輸入次數(shù)限制和報警功能。12、設計一個數(shù)字頻率計，能夠測量輸入信號的頻率，測量范圍為1Hz-10MHz，精度達到1Hz。13、設計一個數(shù)字電壓表電路，能夠測量直流電壓，測量范圍為0V到100V，精度為±0.1V。14、在排序算法中，冒泡排序是一種簡單的排序方法。以下關(guān)于冒泡排序的說法，不正確的是：（）A.冒泡排序通過反復比較相鄰元素并交換位置，將最大（或最?。┰刂鸩健案　钡綌?shù)組的一端B.冒泡排序在最好情況下的時間復雜度為O(n)，在最壞情況下的時間復雜度為O(n^2)C.冒泡排序是一種穩(wěn)定的排序算法，即相同元素的相對順序在排序前后保持不變D.冒泡排序的空間復雜度較高，需要額外的大量存儲空間15、歸并排序同樣是一種分治算法，它將數(shù)組不斷地分成兩半，然后將兩半合并成一個有序的數(shù)組。歸并排序的空間復雜度主要取決于：（）A.數(shù)組的初始大小B.遞歸的深度C.合并操作的次數(shù)D.數(shù)據(jù)的分布情況16、設計一個音頻均衡器，能夠?qū)σ纛l信號進行5段均衡調(diào)節(jié)，給出系統(tǒng)方案和濾波器參數(shù)計算。17、快速排序是一種高效的排序算法，它采用分治的思想。在快速排序中，選擇一個基準元素，將數(shù)組分為兩部分，使得左邊部分的元素都小于等于基準元素，右邊部分的元素都大于等于基準元素。以下關(guān)于快速排序的描述，錯誤的是：（）A.快速排序在最壞情況下的時間復雜度為O(n^2)B.快速排序是一種穩(wěn)定的排序算法C.快速排序的平均時間復雜度為O(nlogn)D.快速排序的空間復雜度為O(logn)18、設計一個用于雷達系統(tǒng)的中頻放大器，帶寬為10MHz，增益為50dB，噪聲系數(shù)小于5dB，闡述電路結(jié)構(gòu)和器件選擇。19、考慮歸并排序算法，它將數(shù)組不斷分成兩半進行排序，然后合并。假設在合并兩個已排序的子數(shù)組時，需要額外的輔助空間來存儲元素。以下關(guān)于歸并排序的空間復雜度，哪個說法是準確的（）A.空間復雜度為O(1)B.空間復雜度為O(logn)C.空間復雜度為O(n)D.空間復雜度為O(n^2)20、設計一個使用硬件描述語言實現(xiàn)數(shù)字邏輯功能的模塊，如狀態(tài)機，進行功能仿真和綜合。21、設計一個基于FPGA的高速數(shù)據(jù)通信接口，實現(xiàn)與外部設備的高速數(shù)據(jù)傳輸。22、設計一個±5V轉(zhuǎn)±15V的DC-DC電源變換電路，輸出電流不小于0.2A，給出原理圖和PCB布局。23、設計一個基于STM32的智能小車控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動避障、循跡和藍牙遙控功能，描述硬件選型和軟件編程思路。24、設計一個基于FPGA的圖像壓縮編碼系統(tǒng)，實現(xiàn)圖像的高效壓縮，給出硬件設計和編碼效率分析。25、二叉搜索樹是一種特殊的二叉樹，在查找和操作上具有一定的優(yōu)勢。對于二叉搜索樹的特點，以下描述哪一項是不正確的？（）A.左子樹上所有節(jié)點的值均小于根節(jié)點的值，右子樹上所有節(jié)點的值均大于根節(jié)點的值B.中序遍歷二叉搜索樹可以得到一個有序的序列C.插入、刪除和查找操作在平均情況下的時間復雜度均為O(logn)，其中n是節(jié)點數(shù)量D.二叉搜索樹一定是平衡的，即左右子樹的高度差不超過1二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）詳細闡述哈希表的基本原理，包括哈希函數(shù)的設計和沖突解決方法（如線性探測、鏈地址法等），分析哈希表的性能。2、（本題5分）比較快速排序和選擇排序在最壞情況下的元素交換次數(shù)。3、（本題5分）詳細闡述在圖的深度優(yōu)先遍歷算法中，如何使用遞歸和非遞歸的方式實現(xiàn)，以及如何避免重復訪問節(jié)點。4、（本題5分）詳細闡述在選擇排序的變體中，如堆選擇排序，如何利用堆的性質(zhì)優(yōu)化選擇過程。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個哈希表程序，能夠插入、查找和刪除元素，處理哈希沖突，用戶輸入數(shù)據(jù)進行操作并查看結(jié)果。2、（本題5分）設計一個算法，利用哈希表存儲商品的條形碼和價格，實現(xiàn)條形碼的快速識別和價格查詢。3、（本題5分）設計一個算法，用鄰接矩陣表示一個無向圖，判斷圖中是否存在獨立集。4、（本題5分）在堆中進行刪除操作時，設計算法保持堆的性質(zhì)，測試其在不同數(shù)據(jù)規(guī)模下的性能。5、（本題5分）設計一個程序，用鄰接矩陣表示一個帶權(quán)無向圖，實現(xiàn)最小生成樹的動態(tài)更新。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某學校的選課系統(tǒng)需要記錄課程和學生的選課信息。課程有課程ID、課程名稱、授課教師、容量等，學生選課信息包括學生ID、課程ID。請設計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理選課數(shù)據(jù)，能夠快速查詢課程余量、學生選課情況、退選和補選操作，并統(tǒng)計每門課程的選課人數(shù)。2、（本題10分）某在線圖書館的圖書借閱系統(tǒng)需要記錄圖書的借閱者、借閱時間、應還時間、是否逾期等信息。設計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理圖書