2024年北京信息科技大學(xué)軟件工程（計(jì)算機(jī)應(yīng)用）專業(yè)試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題2分，共10分）1.軟件生命周期2.算法復(fù)雜度3.需求分析4.對(duì)象封裝5.軟件測(cè)試二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述冒泡排序和快速排序的基本思想，并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。2.操作系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)的目的是什么？簡(jiǎn)述其帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。3.解釋什么是面向?qū)ο缶幊?？?qǐng)列舉其核心特性。4.簡(jiǎn)述軟件需求分析的主要任務(wù)和常用方法。5.什么是軟件架構(gòu)？請(qǐng)列舉常見的軟件架構(gòu)風(fēng)格。6.簡(jiǎn)述單元測(cè)試和集成測(cè)試的區(qū)別。三、論述題（每小題10分，共20分）1.論述軟件工程方法學(xué)的重要性，并比較瀑布模型與敏捷開發(fā)模型的主要區(qū)別。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，論述數(shù)據(jù)庫(kù)索引的作用及其設(shè)計(jì)考慮因素。四、案例分析題（共20分）閱讀以下關(guān)于一個(gè)簡(jiǎn)單圖書館管理系統(tǒng)的需求描述片段，并回答相關(guān)問題：“一個(gè)圖書館管理系統(tǒng)需要支持圖書的錄入、查詢和借閱管理。圖書信息包括書名、作者、ISBN號(hào)、出版社和出版日期。讀者信息包括讀者證號(hào)、姓名和聯(lián)系方式。借閱信息需要記錄讀者證號(hào)、書名和借閱日期。系統(tǒng)應(yīng)允許根據(jù)書名或作者查詢圖書，檢查圖書是否可借，記錄圖書借出和歸還操作?！被谏鲜雒枋?，請(qǐng)回答：1.（4分）請(qǐng)列舉該系統(tǒng)中的主要實(shí)體及其關(guān)鍵屬性。2.（6分）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)至少三個(gè)核心功能的簡(jiǎn)要流程，例如圖書錄入流程、圖書查詢流程、圖書借閱流程。3.（10分）在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)時(shí)，可能需要考慮哪些軟件工程活動(dòng)？請(qǐng)選擇其中兩個(gè)活動(dòng)，簡(jiǎn)要說(shuō)明其在該系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)。五、編程題（共20分）請(qǐng)使用C++或Java語(yǔ)言編寫代碼實(shí)現(xiàn)以下功能：設(shè)計(jì)一個(gè)類`Student`，包含私有屬性：學(xué)號(hào)（`id`，字符串類型）、姓名（`name`，字符串類型）、年齡（`age`，整數(shù)類型）。提供公共的構(gòu)造方法、獲取和設(shè)置屬性值的方法（getter和setter）。此外，提供一個(gè)公共的成員函數(shù)`intcalculateAgeInYears(intbirthYear)`，用于計(jì)算并返回學(xué)生的年齡（年份差）。在主函數(shù)或其他地方創(chuàng)建`Student`對(duì)象，并演示其使用。試卷答案一、名詞解釋1.軟件生命周期：指軟件產(chǎn)品從提出、開發(fā)、使用、維護(hù)到最終被淘汰的整個(gè)生命周期過(guò)程，通常包括可行性分析、需求分析、設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)）、編碼、測(cè)試、部署、運(yùn)行與維護(hù)等階段。2.算法復(fù)雜度：指算法執(zhí)行所需的時(shí)間或空間資源與輸入數(shù)據(jù)規(guī)模之間的關(guān)系，通常用大O表示法（BigOnotation）來(lái)描述，關(guān)注算法在最壞情況下的效率。3.需求分析：軟件開發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵階段，旨在充分理解用戶需求，明確軟件系統(tǒng)必須做什么，通常產(chǎn)出需求規(guī)格說(shuō)明書，是后續(xù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。4.對(duì)象封裝：面向?qū)ο缶幊痰幕咎匦灾唬笇?shù)據(jù)（屬性）和操作數(shù)據(jù)的方法（行為）捆綁在一起，形成對(duì)象，并對(duì)外部隱藏對(duì)象的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只提供有限的接口供外部訪問和交互。5.軟件測(cè)試：在規(guī)定條件下運(yùn)行軟件系統(tǒng)，以發(fā)現(xiàn)其中錯(cuò)誤、缺陷或不足，驗(yàn)證軟件是否滿足規(guī)定需求的過(guò)程，是保證軟件質(zhì)量的重要手段。二、簡(jiǎn)答題1.冒泡排序：思想是重復(fù)地遍歷待排序序列，比較相鄰兩個(gè)元素，若順序錯(cuò)誤則交換，直到?jīng)]有需要交換的元素為止。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是效率較低，時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，尤其在數(shù)據(jù)量大或初始序列無(wú)序時(shí)表現(xiàn)不佳?？焖倥判颍核枷胧遣捎梅种尾呗?，選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，通過(guò)一趟排序?qū)⒋判蛐蛄袆澐譃楠?dú)立的兩部分，其中一部分所有元素均小于基準(zhǔn)元素，另一部分所有元素均大于基準(zhǔn)元素，然后分別對(duì)這兩部分遞歸進(jìn)行快速排序。優(yōu)點(diǎn)是平均時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，效率較高。缺點(diǎn)是worst-case下時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，且是原地排序（空間復(fù)雜度O(logn)但遞歸?？臻g可能較高）。比較：快速排序通常比冒泡排序快得多，特別是對(duì)于大數(shù)據(jù)集。冒泡排序的優(yōu)點(diǎn)在于其穩(wěn)定性和極低的資源消耗，以及代碼實(shí)現(xiàn)的極簡(jiǎn)性。2.目的：引入多道程序設(shè)計(jì)是為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（特別是CPU）的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。優(yōu)勢(shì)：1）CPU與外圍設(shè)備并行工作，減少CPU等待時(shí)間；2）提高內(nèi)存利用率，避免CPU空閑；3）提高系統(tǒng)吞吐量，單位時(shí)間內(nèi)完成更多的工作；4）提高資源利用率，整體系統(tǒng)效率得到提升。3.面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）：一種程序設(shè)計(jì)范式，它將現(xiàn)實(shí)世界中的事物抽象為對(duì)象，對(duì)象包含數(shù)據(jù)（屬性）和操作數(shù)據(jù)的方法，通過(guò)對(duì)象間的相互協(xié)作來(lái)解決問題。核心特性：1）封裝（Encapsulation）：將數(shù)據(jù)和操作封裝在對(duì)象內(nèi)部，對(duì)外提供接口；2）繼承（Inheritance）：允許一個(gè)類繼承另一個(gè)類的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和擴(kuò)展；3）多態(tài)（Polymorphism）：允許不同類的對(duì)象對(duì)同一消息做出不同的響應(yīng)；4）抽象（Abstraction）：隱藏對(duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)，只暴露必要的功能。4.主要任務(wù)：1）獲取用戶需求；2）分析需求，識(shí)別核心功能和約束；3）表達(dá)需求，編寫需求規(guī)格說(shuō)明書（如用自然語(yǔ)言、用例圖、數(shù)據(jù)流圖等）；4）驗(yàn)證需求，確保需求的完整性、一致性、可行性。常用方法：1）需求訪談；2）文檔分析；3）觀察法；4）用例建模；5）原型法；6）問卷調(diào)查；7）焦點(diǎn)小組。5.軟件架構(gòu)：軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，定義了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分（組件）、它們的職責(zé)、組件之間的關(guān)系以及指導(dǎo)組件設(shè)計(jì)和演化的原則。它是軟件設(shè)計(jì)的最高層次，影響系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、性能和可靠性。常見風(fēng)格：1）分層架構(gòu)（LayeredArchitecture）；2）客戶端-服務(wù)器架構(gòu)（Client-ServerArchitecture）；3）N層架構(gòu)（N-TierArchitecture）；4）面向服務(wù)架構(gòu)（Service-OrientedArchitecture,SOA）；5）微服務(wù)架構(gòu)（MicroservicesArchitecture）；6）事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（Event-DrivenArchitecture）。6.區(qū)別：*單元測(cè)試：考察軟件中最小可測(cè)試單元（通常是函數(shù)、方法或類）的功能，由開發(fā)人員執(zhí)行，側(cè)重于驗(yàn)證代碼邏輯的正確性，通常在編碼階段進(jìn)行，測(cè)試范圍小，速度快。*集成測(cè)試：考察多個(gè)單元組合在一起后，模塊間接口和交互的正確性，由測(cè)試人員或開發(fā)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行，側(cè)重于驗(yàn)證模塊間的協(xié)作是否符合預(yù)期，測(cè)試范圍逐漸擴(kuò)大，速度變慢，可能發(fā)現(xiàn)接口錯(cuò)誤或集成問題。三、論述題1.軟件工程方法學(xué)的重要性：軟件工程方法學(xué)提供了一套系統(tǒng)化、規(guī)范化的軟件開發(fā)原則、流程、技術(shù)和工具，旨在解決傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方式中存在的隨意性大、質(zhì)量難以保證、開發(fā)效率低、成本難以控制等問題。它有助于：*提高軟件質(zhì)量：通過(guò)規(guī)范化的流程和測(cè)試手段保證軟件的正確性、可靠性和可維護(hù)性。*提高開發(fā)效率：通過(guò)工具支持、標(biāo)準(zhǔn)化流程和復(fù)用機(jī)制縮短開發(fā)周期。*降低開發(fā)成本：減少錯(cuò)誤修復(fù)成本，提高資源利用效率。*便于項(xiàng)目管理：提供了進(jìn)行計(jì)劃、估算、控制和跟蹤的手段。*促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作：提供了統(tǒng)一的開發(fā)規(guī)范和溝通平臺(tái)。瀑布模型與敏捷開發(fā)模型的主要區(qū)別：*生命周期模型：瀪布模型是線性順序模型，階段間單向流動(dòng)，強(qiáng)調(diào)早期文檔和計(jì)劃。敏捷開發(fā)是迭代增量模型，強(qiáng)調(diào)適應(yīng)性、反饋和快速交付。*需求管理：瀑布模型要求在早期捕獲所有需求。敏捷開發(fā)接受需求變化，鼓勵(lì)在開發(fā)過(guò)程中持續(xù)演進(jìn)需求。*交付方式：瀑布模型在項(xiàng)目末尾交付完整軟件。敏捷開發(fā)提供短周期的增量交付（如Sprint），盡早獲得用戶反饋。*文檔角色：瀑布模型依賴大量詳細(xì)文檔。敏捷開發(fā)輕視冗余文檔，更注重溝通、協(xié)作和可工作的軟件。*客戶參與：瀑布模型客戶參與主要在需求階段和驗(yàn)收階段。敏捷開發(fā)客戶需全程深度參與。*決策方式：瀑布模型偏向于計(jì)劃驅(qū)動(dòng)。敏捷開發(fā)偏向于團(tuán)隊(duì)自我組織和經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)決策。2.數(shù)據(jù)庫(kù)索引的作用及其設(shè)計(jì)考慮因素：*作用：1）加速數(shù)據(jù)檢索：索引提供了數(shù)據(jù)快速定位的“指針”或“地圖”，避免全表掃描，極大提高查詢效率，尤其是對(duì)于大型數(shù)據(jù)表。2）保證查詢排序：對(duì)于需要排序查詢（ORDERBY子句）的場(chǎng)景，若索引列有序，可以避免額外的排序操作。3）加速連接操作：在進(jìn)行表連接（JOIN操作）時(shí)，索引可以加快連接條件的查找速度。4）加速數(shù)據(jù)刪除和更新（非主要作用）：有時(shí)可以利用索引加速某些刪除或更新操作，但不當(dāng)?shù)乃饕部赡芡下@些操作。*設(shè)計(jì)考慮因素：1）選擇索引列：選擇查詢條件（WHERE子句）、排序條件（ORDERBY子句）、連接條件（ON子句）中常用的列。選擇選擇性高（不同值多的）列。避免對(duì)計(jì)算結(jié)果、頻繁變更的列（如時(shí)間戳）建立索引。2）索引類型：根據(jù)列的數(shù)據(jù)類型和查詢需求選擇合適的索引類型（如B-Tree索引、哈希索引、全文索引、空間索引等）。B-Tree最常用。3）索引順序：考慮列的常用組合，建立組合索引，并注意列的順序，通常將選擇性高的列放在前面。4）索引維護(hù)成本：索引可以提高查詢性能，但會(huì)降低數(shù)據(jù)插入、刪除、更新的性能（因?yàn)樾枰S護(hù)索引結(jié)構(gòu)），并占用額外的存儲(chǔ)空間。需權(quán)衡利弊。5）最左前綴原則：對(duì)于組合索引，通常只能利用索引的最左邊的連續(xù)列進(jìn)行查詢優(yōu)化。6）索引覆蓋：如果查詢所需的所有列都包含在索引中，數(shù)據(jù)庫(kù)可以直接從索引獲取數(shù)據(jù)，無(wú)需訪問表，稱為索引覆蓋，效率很高。7）避免過(guò)度索引：過(guò)多的索引會(huì)增加維護(hù)成本，甚至可能影響性能，應(yīng)根據(jù)實(shí)際查詢需求創(chuàng)建必要的索引。四、案例分析題1.主要實(shí)體及其關(guān)鍵屬性：*圖書（Book）：書名（title），作者（author），ISBN號(hào)（isbn），出版社（publisher），出版日期（publishDate）。*讀者（Reader）：讀者證號(hào)（readerId），姓名（name），聯(lián)系方式（contactInfo）。*借閱（Borrow）：借閱記錄ID（borrowId-可選，用于唯一標(biāo)識(shí)），讀者證號(hào)（readerId），書名（title-可選，或用圖書ID），借閱日期（borrowDate），歸還日期（returnDate-可選）。2.核心功能簡(jiǎn)要流程：*圖書錄入流程：1.輸入圖書的書名、作者、ISBN號(hào)、出版社、出版日期信息。2.系統(tǒng)校驗(yàn)輸入信息的完整性和格式（如ISBN格式）。3.檢查ISBN號(hào)是否唯一。4.若校驗(yàn)通過(guò)且ISBN唯一，則將圖書信息存儲(chǔ)到圖書信息表中。5.若不通過(guò)，則提示錯(cuò)誤信息。*圖書查詢流程：1.用戶提供查詢條件（如書名或作者名）。2.系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的關(guān)鍵詞，在圖書信息表中執(zhí)行查詢操作（可能使用LIKE'%關(guān)鍵詞%'模糊查詢）。3.系統(tǒng)將查詢結(jié)果（包含書名、作者等信息的圖書列表）返回給用戶。4.若無(wú)查詢結(jié)果，則提示“未找到相關(guān)圖書”。*圖書借閱流程：1.輸入讀者證號(hào)和要借閱的圖書信息（可通過(guò)查詢獲取）。2.系統(tǒng)檢查讀者證號(hào)是否存在。3.系統(tǒng)檢查該圖書是否存在。4.系統(tǒng)檢查該圖書當(dāng)前是否可借（例如，是否有庫(kù)存，是否已借出）。5.系統(tǒng)檢查讀者是否達(dá)到借閱上限（如有）。6.若檢查通過(guò)，則將借閱記錄（讀者證號(hào)、圖書信息、借閱日期）插入到借閱記錄表中，并可能更新圖書的庫(kù)存狀態(tài)。7.若不通過(guò)，則提示相應(yīng)的錯(cuò)誤信息（如圖書不可借、讀者超限等）。3.軟件工程活動(dòng)體現(xiàn)：*活動(dòng)1：需求分析。在此系統(tǒng)中，需求分析體現(xiàn)在對(duì)“圖書錄入”、“圖書查詢”、“圖書借閱”等核心功能的明確描述，以及對(duì)圖書、讀者、借閱實(shí)體的識(shí)別和關(guān)鍵屬性的確定。需求文檔將詳細(xì)說(shuō)明這些功能的具體要求，