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《數據結構Ⅱ》2023-2024學年第二學期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25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、設計一個數字存儲示波器電路，能夠測量輸入信號的波形、頻率、幅度等參數，并且具有存儲和回放功能。2、設計一個基于單片機的智能灌溉控制器，能夠根據土壤濕度和作物需水規律自動控制灌溉水量和時間。3、設計一個基于光電編碼器的電機位置測量系統，能夠精確測量電機的轉動角度和位置。4、設計一個數字通信系統中的載波同步電路，實現對接收信號載波頻率和相位的準確同步，測試同步性能。5、設計一個基于觸摸屏的人機交互界面，用于控制和顯示一個電子設備的工作狀態和參數。6、設計一個基于鎖相環技術的頻率合成器，能夠輸出穩定的、可調節的頻率信號，分析其相位噪聲和頻率穩定度。7、歸并排序是一種基于分治思想的排序算法。以下關于歸并排序的描述，不正確的是（）A.空間復雜度為O(n)B.是一種穩定的排序算法C.最壞、最好和平均時間復雜度均為O(nlogn)D.不能用于鏈表的排序8、設計一個基于藍牙的無線傳感器網絡節點，能夠采集溫度、濕度和光照強度數據，并傳輸到上位機，描述節點硬件和軟件設計。9、樹是一種非線性數據結構，具有層次關系。以下關于樹的描述，不正確的是：（）A.二叉樹的每個節點最多有兩個子節點，分為左子節點和右子節點B.二叉搜索樹的左子樹中的節點值小于根節點值，右子樹中的節點值大于根節點值，便于快速查找、插入和刪除C.平衡二叉樹通過自動調整保持樹的平衡，提高了查找效率，但插入和刪除操作相對復雜D.樹的遍歷方式包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷，且每種遍歷方式的時間復雜度都是相同的，與樹的結構無關10、設計一個基于無線傳感器網絡的森林火災監測預警系統，能夠及時發現火災并發出警報。11、設計一個智能環境監測系統，能夠同時監測多種環境參數如溫度、濕度、光照、PM2.5等，并進行數據上傳和分析，闡述系統的硬件架構和軟件功能。12、運用電子電路知識，設計一個具有過流保護和短路保護功能的直流電源電路。13、對于一個棧，進行入棧和出棧操作時，如果棧頂指針top初始值為-1，當進行了一系列操作后，top的值為0，此時棧的狀態是？（）A.棧為空B.棧中只有一個元素C.棧已滿D.棧出錯14、設計一個音頻濾波器參數優化電路，能夠根據輸入音頻信號的特點自動優化濾波器的參數，提高音頻質量。15、考慮一個地理信息系統，需要存儲和管理地圖上的點、線、面等元素的信息，并能夠快速地進行空間查詢和分析，如判斷兩個區域是否相交。以下哪種數據結構最適合用于地理空間數據的處理？（）A.R樹，支持空間數據的索引和查詢B.B+樹，高效存儲和檢索空間數據C.紅黑樹，保持空間數據的平衡D.哈希樹，快速定位空間元素16、假設要實現一個優先隊列，其中元素的優先級可以動態改變，并且能夠快速調整隊列的順序。以下哪種數據結構可以滿足這樣的需求？（）A.二叉堆B.斐波那契堆C.二項堆D.左偏樹17、設計一個基于光電二極管和運放的光功率測量系統，能夠測量不同波長的光功率。18、設計一個數字頻率計高精度與多功能電路，能夠實現高精度的頻率測量，并同時顯示周期、占空比等參數。19、當使用數據結構來實現緩存時，LRU（LeastRecentlyUsed）策略是一種常見的淘汰算法。假設一個緩存容量有限，需要不斷替換元素。以下關于LRU策略的實現，哪個數據結構可能是最適合的（）A.棧B.隊列C.哈希表D.雙向鏈表20、設計一個基于USBType-C接口的電源傳輸系統，支持PD快充協議，能夠提供不同的電壓和電流輸出，給出硬件設計和協議實現。21、設計一個數字圖像處理系統，能夠對輸入的圖像進行灰度化、二值化、邊緣檢測等基本操作，并顯示處理后的結果。22、設計一個音頻前置放大器電路，具有低噪聲和高增益，給出電路結構和參數選擇。23、設計一個光通信中的摻鉺光纖放大器（EDFA）驅動電路，實現對EDFA的穩定驅動和增益控制。24、在數據結構中，哈希表是一種用于快速查找的數據結構。以下關于哈希表的描述，不準確的是：（）A.哈希表通過哈希函數將關鍵字映射到表中的特定位置，實現快速查找B.哈希表的查找、插入和刪除操作的平均時間復雜度都接近O(1)C.哈希沖突是指不同的關鍵字通過哈希函數映射到了相同的位置，解決哈希沖突的方法有開放地址法和鏈地址法等D.哈希表的性能不受哈希函數的選擇和表的裝填因子的影響25、設計一個基于光電傳感器的自動門控制系統，當有人靠近時自動開門，一段時間后自動關門。二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）論述在最短路徑算法的變種中，如限制條件下的最短路徑（如限制經過的節點數），如何求解。2、（本題5分）詳細闡述在一個具有n個元素的堆中，如何利用堆進行Top-K問題的求解。3、（本題5分）詳細闡述快速排序的分區過程和遞歸調用，分析其平均和最壞情況下的時間復雜度。4、（本題5分）對于一個具有n個元素的數組，如何使用希爾排序算法選擇合適的初始增量？三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個算法，在一個有向圖中找出所有能夠到達指定終點的起點。2、（本題5分）使用棧結構設計一個表達式計算程序，能夠處理包含括號和多種運算符的復雜表達式。3、（本題5分）設計一個希爾排序算法，對給定數組進行排序，分析其分組策略對性能的影響。4、（本題5分）設計一個算法，在一個字符串中找出所有以特定字符為中心的最長回文子串。5、（本題5分）設計一個數據結構，用于存儲一個公司員工的信息，包括姓名、工號、部門、工資等，實現插入、刪除、查找和遍歷操作。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）某物流企業的貨物跟蹤系統需要記錄貨物的發貨地、收貨地、運輸路徑、當前位置、預計到達時間等信息。設計數據結構來實時更新貨物運輸狀態，支持按發貨地、收貨地等條件進行查詢，能夠及時處理運輸過程中的異常情況。2、（本題10分）某電商平臺的優惠券發放系統需要對優惠券的類型、面額、使用條件和發放記錄進行管理。優惠券信息包括優惠券編號、類型、面額、使用條件、發放記錄等。考慮使用十字鏈表來存儲這些信息。請設計算法實現以下功能：（1）查詢某種類型優惠券的剩余數量；（2）為用戶發放優惠券并記錄；（3）用戶使用優惠券時進行核銷；（4）統計不同面額優惠券的發放比例。分析所設計算法的時間復雜度和空間復雜度。3、（本題10分）某醫院的病歷管理系統需要對