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《數據結構與算法》2021-2022學年第一學期期末試卷院(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30個小題，每小題1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、對于一個用鏈表表示的隊列，若隊頭指針為front，隊尾指針為rear，在進行入隊操作時，新節(jié)點應插入在？（）A.front之前B.rear之后C.front和rear之間D.任意位置2、設計一個基于D/A轉換器的正弦波信號發(fā)生器電路，輸出頻率范圍為10Hz-10kHz，幅度可調，失真度小于5%。3、設計一個紅外線測距電路，能夠測量物體與傳感器之間的距離，測量范圍為10cm到100cm，精度為±1cm。4、在排序算法中，冒泡排序是一種簡單的排序方法。假設一個數組的初始狀態(tài)接近有序，以下關于冒泡排序的性能，哪個描述是準確的（）A.時間復雜度仍然是O(n^2)，效率低下B.時間復雜度接近O(n)，性能較好C.會自動轉換為更高效的排序算法D.無法確定其性能5、運用通信網絡技術，設計一個企業(yè)內部局域網，滿足多臺計算機之間的高速數據傳輸和資源共享需求。6、設計一個基于霍爾傳感器的電流測量電路，能夠測量0-10A的直流電流，精度達到0.1A。7、根據數字信號處理知識，設計一個音頻均衡器的自動調整系統(tǒng)，根據音頻內容自動優(yōu)化頻率響應。8、運用電子信息工程知識，設計一個智能交通信號燈自適應控制系統(tǒng)，根據實時交通流量調整信號燈時間。9、考慮一個文本編輯程序，需要實現撤銷和重做的功能。以下哪種數據結構最適合用于存儲操作的歷史記錄，以支持高效的撤銷和重做操作？（）A.隊列B.棧C.鏈表D.樹10、設計一個無線通信模塊低功耗電路，能夠降低無線通信模塊的功耗，延長電池壽命。11、設計一個基于傳感器網絡的工業(yè)生產監(jiān)測系統(tǒng)，能夠實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)和生產參數，實現故障預警。12、設計一個簡單的電力線通信系統(tǒng)，能夠在電力線上實現數據傳輸，包括調制解調電路和通信協(xié)議。13、設計一個集成電路制造工藝中的離子注入工藝參數優(yōu)化方案，提高注入的均勻性和準確性。14、假設要實現一個高效的緩存淘汰策略，除了LRU之外，還有一種常見的策略是FIFO（FirstInFirstOut）。以下哪種數據結構可以方便地實現FIFO策略？（）A.隊列，先進先出的特性符合FIFO要求B.棧，后進先出，不符合FIFO策略C.堆，用于優(yōu)先級排序，不適合FIFOD.鏈表，需要額外的邏輯來實現FIFO15、在一個分布式系統(tǒng)中，需要對各個節(jié)點的數據進行同步和合并。以下哪種數據結構適合用于表示和處理這種分布式的數據？（）A.樹B.圖C.鏈表D.數組16、設計一個簡單的圖像采集系統(tǒng)，使用CMOS圖像傳感器采集圖像，并通過USB接口將圖像數據傳輸到計算機進行顯示和存儲。17、圖是一種復雜的數據結構，在圖的存儲方式中，鄰接矩陣和鄰接表是常見的方法。以下關于鄰接矩陣存儲的描述，錯誤的是（）A.適合存儲稠密圖B.存儲空間復雜度為O(V^2)，其中V是頂點數C.可以快速判斷任意兩個頂點之間是否有邊D.對于邊數較少的圖，存儲效率較高18、利用電力電子技術設計一個電動汽車充電樁的功率模塊，實現高效充電和電能轉換。19、考慮一個任務調度系統(tǒng)，有多個任務按照優(yōu)先級和提交時間進行調度執(zhí)行。以下哪種數據結構可以有效地管理這些任務，并保證高優(yōu)先級或早提交的任務先執(zhí)行？（）A.優(yōu)先隊列，根據優(yōu)先級和時間排序B.數組，通過索引訪問任務C.鏈表，按照提交順序存儲任務D.棧，先進后出執(zhí)行任務20、假設要實現一個緩存系統(tǒng)，當緩存滿時需要刪除最近最少使用的元素。以下哪種數據結構可以有效地支持這種操作？（）A.鏈表B.哈希表C.棧D.LRU緩存（使用雙向鏈表和哈希表）21、哈希表是一種通過哈希函數實現快速查找的數據結構。以下關于哈希表的描述，錯誤的是：（）A.哈希函數將關鍵字映射到哈希表中的某個位置，理想情況下不同的關鍵字應該映射到不同的位置B.處理哈希沖突的方法有開放尋址法和鏈地址法，鏈地址法通過在沖突位置建立鏈表來存儲沖突元素C.哈希表的查找、插入和刪除操作的平均時間復雜度都可以達到O(1)，但在最壞情況下可能會退化為O(n)D.哈希表的性能只取決于哈希函數的設計，與處理沖突的方法和表的裝填因子無關22、考慮一個在線游戲的玩家排行榜系統(tǒng)，需要根據玩家的得分實時更新排名，并且能夠快速獲取前幾名的玩家信息。以下哪種數據結構和算法的組合可能是最合適的？（）A.用數組存儲玩家信息，每次更新進行全排序B.構建大根堆來存儲玩家得分，便于獲取前幾名C.利用鏈表存儲，通過比較逐個更新排名D.使用二叉搜索樹，根據得分進行排序和查找23、設計一個簡單的無線遙控系統(tǒng)，控制距離不小于50米，能夠實現對多個設備的開關控制，說明系統(tǒng)組成和編碼方式。24、設計一個基于光電編碼器的電機位置測量系統(tǒng)，能夠精確測量電機的轉動角度和位置。25、設計一個基于數字溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)，通過控制加熱或制冷設備，使環(huán)境溫度保持在設定范圍內。26、設計一個基于ARMCortex-M7的電機驅動控制器，支持無刷直流電機和永磁同步電機，給出控制算法和硬件接口。27、設計一個基于物聯(lián)網技術的智能停車場管理系統(tǒng)，能夠實現車位檢測、車輛引導和收費管理等功能。28、設計一個音頻放大器功率擴展電路，能夠增加放大器的輸出功率，滿足更大功率的音頻播放需求。29、當使用樹這種數據結構來存儲和組織數據時，二叉搜索樹是一種常見的類型。假設要在二叉搜索樹中快速查找一個特定的值，以下關于二叉搜索樹的性質，哪個是關鍵的（）A.左子樹的值都小于根節(jié)點，右子樹的值都大于根節(jié)點B.每個節(jié)點的度不超過2C.樹的高度是固定的D.節(jié)點的值是隨機分布的30、運用通信網絡技術，設計一個智能工廠的工業(yè)以太網網絡架構，滿足生產設備的高速通信和協(xié)同工作需求。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個電影票務系統(tǒng)需要存儲電影場次信息，如場次編號、電影名稱、放映時間、影廳號、剩余座位數等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定場次、按照剩余座位數對場次進行排序、新增場次、刪除已結束場次以及修改場次的剩余座位數。請選擇恰當的數據結構，并詳細闡述實現這些功能的算法和代碼，以及對系統(tǒng)性能的影響。2、（本題5分）一個在線音樂平臺的歌單管理系統(tǒng)需要對用戶創(chuàng)建的歌單和歌曲信息進行管理。歌單信息包括歌單編號、名稱、歌曲列表等，歌曲信息包括歌曲ID、名稱、歌手等。這些信息以鄰接多重表的形式存儲。請設計算法實現以下功能：（1）查詢某個歌單中的歌曲；（2）向歌單中添加或刪除歌曲；（3）合并兩個歌單；（4）統(tǒng)計用戶創(chuàng)建的歌單數量。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。3、（本題5分）某公司的員工管理系統(tǒng)需要存儲員工的基本信息，如員工編號、姓名、年齡、職位、工資等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定員工的信息、按照工資高低對員工進行排序、新增和刪除員工記錄，并且支持對員工信息的修改。請確定合適的數據結構，并詳細闡述如何實現這些功能，包括算法設計和代碼實現，以及對性能的分析。4、（本題5分）某在線音樂教學平臺需要記錄課程信息、學生信息、學習進度、作業(yè)完成情況等。設計數據結構來支持教學過程的管理，實現課程安排、學生學習情況跟蹤、作業(yè)批改和成績統(tǒng)計，能夠為學生提供個性化的學習方案。5、（本題5分）在一個大型企業(yè)的項目管理系統(tǒng)中，需要記錄項目信息、任務分配和進度情況。項目信息包括項目ID、項目名稱、負責人、開始時間、結束時間，任務分配包括任務ID、項目ID、責任人、任務描述，進度情況包括任務ID、完成百分比、更新時間。請設計數據結構來管理項目數據，實現項目的查詢、任務的跟蹤、進度的更新，并生成項目進度報告。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）闡述如何判斷一棵二叉樹是否為完全二叉樹，分析判斷的思路和時間復雜度。2、（本題5分）論述在Trie樹中，如何節(jié)省存儲空間，例如采用壓縮存儲或節(jié)點合并等方法。3、（本題5分）解釋如何在一個二叉搜索樹中實現迭代器，使得能夠按照中序遍歷的順序訪問節(jié)點，給出算法步驟和實現代碼，并分析其時間復雜度。4、（本題5分）在一個具有n個節(jié)點的二叉樹中，如何計算樹的高度，給出遞歸和非遞歸兩種算法的實現思路和時