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《數據結構與GS算法》2023-2024學年第二學期期末試卷院(系)_______班級_______學號_______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1分，共15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、設計一個基于光電編碼器的工業機器人關節位置檢測系統，精度達到0.01°。2、設計一個基于51單片機的電子時鐘，具有時分秒顯示、設置和鬧鐘功能，給出硬件電路和程序代碼。3、假設正在實現一個電話號碼簿程序，需要快速根據姓名查找對應的電話號碼。以下哪種數據結構和算法的組合可能是最有效的？（）A.二叉搜索樹，進行姓名查找B.冒泡排序后的數組，順序查找C.哈希表，直接定位電話號碼D.插入排序后的數組，二分查找4、在一個具有n個頂點的有向圖中，所有頂點的出度之和與入度之和的關系是：（）A.出度之和大于入度之和B.入度之和大于出度之和C.出度之和等于入度之和D.兩者沒有固定關系5、設計一個用于數控機床的位置控制系統，能夠實現高精度的位置定位和運動控制，說明控制算法和驅動器配置。6、在樹的遍歷中，如果需要按照層次從上到下、從左到右的順序訪問節點，應該使用哪種遍歷方式（）A.先序遍歷B.中序遍歷C.后序遍歷D.層次遍歷7、運用通信網絡技術，設計一個遠程醫療診斷系統的網絡架構，實現患者數據的實時傳輸和醫生的遠程診斷。8、根據電子電路原理，設計一個用于太陽能發電系統的最大功率點跟蹤（MPPT）控制器，提高太陽能的利用效率。9、使用集成電路設計一個DAC轉換器，給出轉換分辨率和建立時間等性能指標，并進行電路設計和測試。10、設計一個簡單的無線遙控系統，控制距離不小于50米，能夠實現對多個設備的開關控制，說明系統組成和編碼方式。11、設計一個高速串行通信接口，采用USBType-C接口，傳輸速率達到10Gbps，說明硬件實現和協議棧。12、設計一個基于傳感器網絡的工業生產監測系統，能夠實時監測設備運行狀態和生產參數，實現故障預警。13、設計一個具有自動增益控制和濾波功能的音頻前置放大器，給出電路設計和性能指標測試。14、使用單片機設計一個智能溫度控制系統，能夠根據設定溫度自動控制加熱或制冷設備，保證環境溫度穩定在一定范圍內。15、數據結構是計算機存儲、組織數據的方式。在研究數據結構時，線性表是一種基礎的數據結構。以下關于線性表的描述，錯誤的是（）A.線性表可以順序存儲，也可以鏈式存儲B.順序存儲的線性表可以隨機訪問任意元素，時間復雜度為O(1)C.鏈式存儲的線性表在插入和刪除操作時，不需要移動大量元素，效率較高D.線性表的長度是固定的，不能動態變化二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）論述紅黑樹的插入操作中，顏色調整的具體步驟和邏輯。2、（本題5分）詳細說明如何在一個二叉搜索樹中查找最大和最小元素。3、（本題5分）解釋數據結構中棧的應用場景，如函數調用棧的模擬、深度優先搜索的非遞歸實現等，并說明其原理。4、（本題5分）詳細說明快速排序算法的基本思想和步驟，并分析其在最壞情況下的時間復雜度和平均情況下的時間復雜度。三、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一個學校的實驗室設備管理系統需要存儲設備的信息，如設備編號、設備名稱、設備類型、購買日期、使用狀態等。系統要支持快速查找特定設備、按照購買日期對設備進行排序、新增設備、維修設備、報廢設備。請確定恰當的數據結構，并詳細闡述算法和代碼實現，以及性能優化策略。2、（本題5分）一個學校的選課系統需要管理課程和學生的選課信息，包括課程編號、課程名稱、授課教師、選課學生名單等。系統要支持快速查找特定課程的選課情況、按照選課人數對課程進行排序、學生選課和退課操作。請設計合理的數據結構和算法，并提供代碼實現和性能分析。3、（本題5分）一個在線考試系統需要管理考試信息，包括考試編號、考試名稱、考試時間、考生名單等。系統要能夠快速查找特定考試、按照考試時間對考試進行排序、新增考試、刪除考試以及添加和刪除考生。請選擇恰當的數據結構，并詳細說明算法和代碼實現，以及性能評估。4、（本題5分）某社交網絡平臺需要存儲用戶之間的好友關系，并能夠快速地查詢某個用戶的好友列表、共同好友以及二度好友。請選擇合適的數據結構，并設計相應的算法來實現這些功能。5、（本題5分）某電商平臺的商品推薦系統需要根據用戶的瀏覽歷史、購買記錄和收藏行為為用戶推薦相關商品。設計數據結構來存儲和分析這些用戶行為數據，實現個性化的商品推薦算法，能夠實時更新推薦結果以適應用戶興趣的變化。四、設計題（本大題共4個小題，共40分)1、（本題10分）設計一個程序，使用希爾排序算法對一個無向圖的鄰接矩陣進行排序。2、（本題10分）構建一個算法，找出二叉樹中兩個節點的最長路徑長度。3、（本題10分）基于