2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫——信息與計(jì)算科學(xué)中的感知計(jì)算技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.感知計(jì)算技術(shù)的核心目標(biāo)是？A.實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自發(fā)進(jìn)化B.讓計(jì)算機(jī)具備類似人類的感知和認(rèn)知能力C.大幅降低計(jì)算設(shè)備的能耗D.推動(dòng)人工智能在各行業(yè)的普及應(yīng)用2.下列哪一項(xiàng)不屬于典型的感知計(jì)算系統(tǒng)所需的關(guān)鍵技術(shù)？A.高效的數(shù)據(jù)壓縮算法B.多模態(tài)傳感器融合技術(shù)C.實(shí)時(shí)信號處理能力D.大規(guī)模并行計(jì)算架構(gòu)3.在視覺感知領(lǐng)域，用于測量物體三維結(jié)構(gòu)和距離的技術(shù)通常是指？A.光學(xué)字符識別(OCR)B.姿態(tài)估計(jì)C.結(jié)構(gòu)光三維成像或激光雷達(dá)(LiDAR)D.圖像分割4.以下哪種傳感器最適合用于獲取環(huán)境的溫度和濕度信息？A.霍爾效應(yīng)傳感器B.超聲波傳感器C.溫濕度傳感器D.光纖傳感器5.在多源數(shù)據(jù)融合過程中，卡爾曼濾波器主要適用于處理哪種類型的問題？A.解決非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)B.對高維數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取C.在缺乏先驗(yàn)信息時(shí)進(jìn)行聚類分析D.融合具有強(qiáng)相關(guān)性的冗余傳感器數(shù)據(jù)6.將感知到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有意義的信息，通常需要經(jīng)過哪個(gè)關(guān)鍵步驟？A.數(shù)據(jù)采集B.信號預(yù)處理C.數(shù)據(jù)存儲D.結(jié)果可視化7.以下哪種機(jī)器學(xué)習(xí)方法通常用于對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分類任務(wù)？A.主成分分析(PCA)B.K均值聚類(K-Means)C.支持向量機(jī)(SVM)D.系統(tǒng)辨識8.感知計(jì)算在“智慧城市”領(lǐng)域的一個(gè)典型應(yīng)用是？A.自動(dòng)駕駛汽車的路徑規(guī)劃B.智能電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測C.城市公共安全監(jiān)控與預(yù)警D.城市交通流量實(shí)時(shí)分析9.傳感器標(biāo)定的主要目的是？A.提高傳感器的響應(yīng)速度B.校準(zhǔn)傳感器的輸出，使其符合標(biāo)定曲線，提高測量精度C.增加傳感器的測量范圍D.降低傳感器的功耗10.以下哪項(xiàng)不是影響感知計(jì)算系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的主要因素？A.傳感器數(shù)據(jù)采集速率B.數(shù)據(jù)傳輸帶寬C.算法的計(jì)算復(fù)雜度D.用戶的交互界面設(shè)計(jì)二、填空題1.感知計(jì)算結(jié)合了計(jì)算智能與__________技術(shù)，旨在讓機(jī)器能夠感知環(huán)境并做出智能響應(yīng)。2.信號處理的目的是從含有噪聲的原始傳感器信號中提取__________和__________。3.常用的傳感器數(shù)據(jù)融合方法包括__________融合、時(shí)間融合和__________融合。4.在機(jī)器學(xué)習(xí)分類框架中，SVM通過找到一個(gè)最優(yōu)的__________將不同類別的數(shù)據(jù)分開。5.模式識別中的特征提取旨在將原始數(shù)據(jù)映射到具有更好__________的特征空間。6.感知計(jì)算系統(tǒng)通常需要處理來自不同模態(tài)（如視覺、聽覺）的__________數(shù)據(jù)。7.為了保證感知計(jì)算系統(tǒng)的魯棒性，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮__________和__________等因素。8.光學(xué)傳感器是利用光與物質(zhì)相互作用原理進(jìn)行測量的傳感器，例如常見的__________和__________傳感器。9.感知計(jì)算技術(shù)在人機(jī)交互領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)__________的交互方式。10.基于深度學(xué)習(xí)的感知方法在處理復(fù)雜場景的__________和__________任務(wù)上展現(xiàn)出強(qiáng)大能力。三、簡答題1.簡述感知計(jì)算與人工智能、計(jì)算機(jī)視覺、傳感器技術(shù)之間的關(guān)系。2.列舉三種不同的傳感器，并簡述其基本工作原理和至少一種應(yīng)用場景。3.解釋什么是傳感器融合，并說明其在感知計(jì)算系統(tǒng)中的重要性。四、計(jì)算題假設(shè)使用一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)濕度傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)。已知溫度傳感器的標(biāo)定模型為T=a*Raw_T+b，其中Raw_T是傳感器原始讀數(shù)，a和b是標(biāo)定參數(shù)（a=0.02,b=25）；濕度傳感器的標(biāo)定模型為H=c*Raw_H+d，其中Raw_H是傳感器原始讀數(shù)，c和d是標(biāo)定參數(shù)（c=0.1,d=10）。在一次采集中，溫度傳感器讀數(shù)為1000，濕度傳感器讀數(shù)為500。請計(jì)算實(shí)際的環(huán)境溫度和濕度值。五、綜合應(yīng)用題設(shè)一個(gè)簡單的室內(nèi)感知計(jì)算系統(tǒng)，用于監(jiān)測房間內(nèi)的光照和人體活動(dòng)情況。系統(tǒng)采用光敏電阻傳感器檢測光照強(qiáng)度（單位：勒克斯，lx），使用PIR（被動(dòng)紅外）傳感器檢測人體移動(dòng)（輸出高電平表示檢測到移動(dòng)，低電平表示無移動(dòng)）。已知光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度成反比，需要將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為0-100的數(shù)字分值。PIR傳感器輸出信號觸發(fā)一個(gè)簡單的規(guī)則控制系統(tǒng)。1.簡述該系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題有哪些？（至少列舉三個(gè)）2.設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的算法或規(guī)則，用于根據(jù)光照強(qiáng)度和人體活動(dòng)傳感器的讀數(shù)，控制房間內(nèi)的智能燈光。例如，當(dāng)檢測到人體活動(dòng)且光照強(qiáng)度低于某個(gè)閾值時(shí)，燈亮；當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)未檢測到人體活動(dòng)且光照強(qiáng)度低于另一個(gè)閾值時(shí)，燈滅。請明確閾值的選擇依據(jù)和基本邏輯。3.討論該簡單系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的挑戰(zhàn)，并提出至少一個(gè)改進(jìn)方向。試卷答案一、選擇題1.B解析：感知計(jì)算的核心在于賦予機(jī)器感知環(huán)境和進(jìn)行計(jì)算推理的能力，使其更智能。2.A解析：數(shù)據(jù)壓縮算法雖然重要，但并非感知計(jì)算系統(tǒng)的核心使能技術(shù)。感知計(jì)算更側(cè)重感知、融合、識別。3.C解析：結(jié)構(gòu)光三維成像和激光雷達(dá)（LiDAR）都是主動(dòng)式或被動(dòng)式測量三維空間幾何信息的典型技術(shù)。4.C解析：溫濕度傳感器是專門設(shè)計(jì)用于測量環(huán)境溫度和濕度的設(shè)備。5.A解析：卡爾曼濾波器是解決線性或非線性系統(tǒng)中狀態(tài)估計(jì)問題的著名算法，尤其適用于存在噪聲和多傳感器的情況。6.B解析：信號預(yù)處理是去除噪聲、增強(qiáng)信號、提取特征的關(guān)鍵步驟，是原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效信息的中介。7.C解析：支持向量機(jī)（SVM）是一種廣泛用于分類和回歸的監(jiān)督學(xué)習(xí)算法。8.C解析：公共安全監(jiān)控與預(yù)警是感知計(jì)算在安防領(lǐng)域的直接應(yīng)用，通過視頻、熱成像等感知手段進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。9.B解析：傳感器標(biāo)定的核心目的是校準(zhǔn)傳感器輸出，使其讀數(shù)與實(shí)際物理量符合預(yù)定標(biāo)定曲線，保證測量精度。10.D解析：實(shí)時(shí)性主要受限于數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理的速度，與用戶界面設(shè)計(jì)關(guān)系不大。二、填空題1.傳感器解析：感知計(jì)算離不開傳感器作為感知世界的接口。2.信息，特征解析：信號處理的目標(biāo)是從原始、復(fù)雜的信號中提取有用的信息和代表性特征。3.空間，統(tǒng)計(jì)解析：數(shù)據(jù)融合的主要方法包括基于空間關(guān)系、時(shí)間關(guān)系和統(tǒng)計(jì)模型的融合策略。4.分隔超平面解析：SVM算法的核心是找到一個(gè)最優(yōu)的hyperplane（分隔超平面）來最大化不同類別數(shù)據(jù)之間的間隔。5.可分性解析：特征提取的目標(biāo)是將數(shù)據(jù)映射到能更好地區(qū)分不同類別的特征空間，提高分類器的可分性。6.多模態(tài)解析：感知計(jì)算系統(tǒng)常常需要處理來自視覺、聽覺、觸覺等多種模態(tài)的感知數(shù)據(jù)。7.抗干擾能力，適應(yīng)性解析：魯棒性要求系統(tǒng)在噪聲、環(huán)境變化等干擾下仍能穩(wěn)定工作。8.紅外，圖像解析：常見的光學(xué)傳感器有紅外傳感器（用于測溫、距離探測等）和圖像傳感器（攝像頭等）。9.自然，直觀解析：人機(jī)交互的發(fā)展趨勢是讓交互方式更符合人類的自然習(xí)慣，如語音、手勢、腦機(jī)接口等。10.目標(biāo)識別，場景理解解析：深度學(xué)習(xí)在感知領(lǐng)域強(qiáng)大的特征學(xué)習(xí)能力使其在目標(biāo)檢測、圖像分類、場景理解等任務(wù)上表現(xiàn)優(yōu)異。三、簡答題1.答：感知計(jì)算是一個(gè)更綜合的概念，它依賴于人工智能提供算法和決策能力，利用傳感器技術(shù)獲取環(huán)境信息，而計(jì)算機(jī)視覺是感知計(jì)算中處理視覺信息的重要分支。三者相互依存，共同構(gòu)成了使機(jī)器具備環(huán)境感知和智能響應(yīng)能力的系統(tǒng)。2.答：示例：*超聲波傳感器：利用聲波發(fā)射和接收測量距離，原理是測量聲波傳播時(shí)間。應(yīng)用：測距、避障、液位檢測。*加速度計(jì)：利用物體慣性測量加速度或傾斜角度，原理是檢測質(zhì)量塊相對殼體的位移。應(yīng)用：手機(jī)姿態(tài)感應(yīng)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、振動(dòng)測量。*GPS傳感器：接收衛(wèi)星信號，通過空間測距原理確定接收機(jī)在地球上的位置、速度和時(shí)間。應(yīng)用：導(dǎo)航定位、測繪。3.答：傳感器融合是指將來自多個(gè)不同傳感器（同模態(tài)或異模態(tài)）的信息進(jìn)行組合或集成，以獲得比單一傳感器更精確、更可靠、更全面的信息或決策。重要性：提高感知系統(tǒng)的魯棒性（抗干擾）、可靠性（冗余備份）、分辨率（獲取多維度信息），提供更全面、準(zhǔn)確的環(huán)境認(rèn)知。四、計(jì)算題解：溫度實(shí)際值T=a*Raw_T+b=0.02*1000+25=20+25=45(單位：攝氏度)濕度實(shí)際值H=c*Raw_H+d=0.1*500+10=50+10=60(單位：%RH)答：實(shí)際環(huán)境溫度為45攝氏度，實(shí)際濕度為60%。五、綜合應(yīng)用題1.答：該系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題包括：*傳感器數(shù)據(jù)融合與處理：如何有效融合光敏電阻和PIR傳感器的數(shù)據(jù)，提取有效信息。*光照強(qiáng)度量化：如何將光敏電阻的阻值或電壓信號準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為0-100的數(shù)字分值。*規(guī)則邏輯設(shè)計(jì)：如何設(shè)計(jì)合理的控制邏輯，根據(jù)傳感器讀數(shù)決定是否開關(guān)燈。*延遲與響應(yīng)：傳感器檢測到變化到燈光響應(yīng)之間可能存在的延遲問題。*環(huán)境適應(yīng)性：系統(tǒng)如何應(yīng)對不同時(shí)間段（白天/夜晚）、不同環(huán)境（室內(nèi)/室外）的變化。2.答：設(shè)計(jì)規(guī)則如下：*設(shè)定光照強(qiáng)度閾值：T_light_on=50lx（低光照）；T_light_off=150lx（較高光照）。*設(shè)定人體活動(dòng)檢測狀態(tài)：若PIR=1，表示檢測到活動(dòng)；若PIR=0，表示未檢測到活動(dòng)。*設(shè)定時(shí)間延遲閾值：設(shè)定一個(gè)時(shí)間窗口T_window（例如5分鐘），在此窗口內(nèi)若檢測到活動(dòng)，則視為當(dāng)前有人。*控制邏輯：*如果(PIR==1)或(PIR==0且時(shí)間在T_window內(nèi))，則開燈。*如果(PIR==0)且(時(shí)間不在T_window內(nèi))且(光照強(qiáng)度<=T_light_off)，則關(guān)燈。*如果(PIR==0)且(時(shí)間不在T_window內(nèi))且(光照強(qiáng)度>T_light_off)，則保持當(dāng)前燈狀態(tài)（若之前是亮的則繼續(xù)亮，若之前是滅的則保持滅）。*基本邏輯：有活動(dòng)或剛活動(dòng)過（在延遲窗口內(nèi)）且光線暗時(shí)開燈；長時(shí)間（超過延遲窗口）無人且光線足夠亮?xí)r關(guān)燈。3.答：挑戰(zhàn)：*PIR誤報(bào)：可能因昆蟲、小動(dòng)物或風(fēng)吹動(dòng)遮擋而誤報(bào)人體活動(dòng)。*光照變化劇烈：如陽光直射變化、燈光閃爍等可能導(dǎo)致光敏傳感器讀數(shù)快速波動(dòng)，影響控制穩(wěn)定性。*延遲累積：響應(yīng)延遲可