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《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程》2021-2022學(xué)年第一學(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15個小題，每小題2分，共30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(shè)計一個具有自動增益控制和動態(tài)范圍壓縮功能的音頻處理系統(tǒng)，提高音頻質(zhì)量，給出系統(tǒng)設(shè)計和性能評估。2、根據(jù)傳感器原理，設(shè)計一個用于智能家居的人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開燈、關(guān)空調(diào)等智能控制。3、設(shè)計一個基于ADC的電壓測量系統(tǒng)，測量范圍為0-10V，精度為0.01V，通過數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。4、假設(shè)正在開發(fā)一個股票交易系統(tǒng)，需要實時記錄每只股票的價格變化，并能夠快速地找出價格漲幅最大和跌幅最大的股票。同時，要支持對股票價格的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的搭配最適合這個系統(tǒng)？（）A.最大堆和最小堆，分別存儲漲幅和跌幅最大的股票信息B.紅黑樹和中序遍歷，獲取股票價格的排序C.跳表和插入排序，更新股票價格數(shù)據(jù)D.線段樹和歸并排序，分析股票價格歷史數(shù)據(jù)5、設(shè)計一個音頻功率放大器的保護(hù)電路，包括過流保護(hù)、過熱保護(hù)和短路保護(hù)，給出電路結(jié)構(gòu)和工作原理。6、設(shè)計一個基于PLC的自動化包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，能夠完成產(chǎn)品的包裝、封口、貼標(biāo)等操作。7、二分查找是一種在有序數(shù)組中進(jìn)行查找的高效算法。以下關(guān)于二分查找的描述，錯誤的是（）A.每次將查找范圍縮小一半，逐步逼近目標(biāo)元素B.二分查找的時間復(fù)雜度為O(log?n)C.二分查找要求數(shù)組必須是有序的，且只能用于數(shù)組，不能用于鏈表D.二分查找在所有情況下都比順序查找快8、設(shè)計一個射頻收發(fā)電路，工作在特定頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信號發(fā)射和接收，同時具備良好的線性度和靈敏度。9、在一個需要頻繁進(jìn)行字符串匹配和查找的系統(tǒng)中，例如在搜索引擎的索引構(gòu)建中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能會被優(yōu)先考慮？（）A.二叉樹，一般的二叉樹在字符串查找中效率不高B.字典樹（Trie），特別適合字符串的存儲和查找，節(jié)省空間和時間C.鏈表，查找效率低，不適合大量字符串的快速查找D.堆，主要用于排序和優(yōu)先級處理，不是字符串查找的首選10、利用通信原理知識，設(shè)計一個無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠在一定距離內(nèi)穩(wěn)定傳輸數(shù)字信號，具備抗干擾和糾錯能力，且傳輸速率達(dá)到特定要求。11、設(shè)計一個基于ZigBee技術(shù)的無線智能家居安防系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測門窗狀態(tài)、煙霧濃度、入侵情況等，并進(jìn)行報警。12、設(shè)計一個基于光電傳感器的自動照明控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境光線強度自動調(diào)節(jié)燈光亮度，實現(xiàn)節(jié)能和舒適的照明效果。13、設(shè)計一個基于無線通信技術(shù)的智能交通信號控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)實時交通流量優(yōu)化信號燈時間。14、設(shè)計一個基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)，實現(xiàn)圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)等功能，給出硬件設(shè)計和圖像處理算法。15、設(shè)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(diào)整增益，給出電路設(shè)計和性能測試報告。二、簡答題（本大題共3個小題，共15分)1、（本題5分）論述如何利用圖的深度優(yōu)先搜索算法生成圖的生成樹。2、（本題5分）深入分析在具有n個頂點和e條邊的有向圖中，如何計算圖的傳遞閉包，并給出一種有效的算法和代碼示例。3、（本題5分）詳細(xì)闡述在一個具有n個頂點的無向圖中，如何判斷其是否為連通圖，并給出相應(yīng)的算法。三、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）在一個在線寵物管理系統(tǒng)中，需要管理寵物信息、主人信息、寵物健康記錄和疫苗接種情況等。設(shè)計一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲這些信息，實現(xiàn)寵物和主人信息的錄入和修改，寵物健康記錄的跟蹤，疫苗接種的提醒和記錄，并能夠提供寵物健康和養(yǎng)護(hù)的建議。2、（本題5分）某電商平臺需要對用戶的購買記錄進(jìn)行分析，以了解用戶的消費習(xí)慣。購買記錄以鏈表形式存儲，每個節(jié)點包含用戶ID、商品ID、購買時間和購買金額等信息。請設(shè)計算法實現(xiàn)以下功能：（1）統(tǒng)計每個用戶的總消費金額；（2）找出消費金額最高的前10個用戶；（3）按照購買時間對購買記錄進(jìn)行排序。分析算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。3、（本題5分）某在線音樂平臺的歌曲管理系統(tǒng)需要存儲歌曲信息，如歌曲編號、歌曲名稱、歌手、專輯、播放次數(shù)等。系統(tǒng)要實現(xiàn)快速查找特定歌曲、按照播放次數(shù)對歌曲進(jìn)行排序、新增歌曲、刪除歌曲以及更新歌曲的播放次數(shù)。請確定合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述算法和代碼實現(xiàn)，同時討論性能優(yōu)化方法。4、（本題5分）一個在線心理咨詢平臺需要記錄咨詢者的問題、咨詢師的回答和咨詢進(jìn)度。設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保護(hù)用戶隱私，并支持咨詢記錄的查詢和統(tǒng)計。5、（本題5分）假設(shè)一個在線健身平臺需要記錄用戶的運動計劃、運動記錄和身體指標(biāo)。運動計劃包括計劃ID、用戶ID、運動項目、運動時間，運動記錄包括記錄ID、用戶ID、運動日期、運動時長、消耗卡路里，身體指標(biāo)包括指標(biāo)ID、用戶ID、體重、體脂率、血壓。請設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理用戶的健身數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運動計劃的制定和調(diào)整、運動記錄的分析、身體指標(biāo)的跟蹤，并為用戶提供個性化的健身建議。四、設(shè)計題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）設(shè)計一個程序，使用Bellman-Ford算