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《數據可視化分析》2023-2024學年第二學期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、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、在一個長度為n的字符串中，使用樸素的模式匹配算法查找一個長度為m的子串，其最壞情況下的時間復雜度為：（）A.O(n)B.O(m)C.O(nm)D.O(n+m)2、運用集成電路設計流程，設計一款用于智能手機的音頻編解碼器芯片，支持多種音頻格式的解碼和編碼。3、設計一個基于運放的儀表放大器電路，增益可調范圍為1-1000倍，共模抑制比不小于80dB，輸入阻抗不小于1MΩ。4、設計一個基于FPGA的視頻圖像加密系統，對輸入的視頻圖像進行加密處理，保證圖像傳輸的安全性。5、設計一個基于FPGA的圖像銳化系統，能夠增強圖像的邊緣和細節，說明算法和硬件實現。6、在一個網絡數據包的處理系統中，需要按照到達的時間順序存儲和處理數據包。以下哪種數據結構最適合？（）A.隊列B.棧C.二叉搜索樹D.哈希表7、插入排序也是一種基本的排序算法。對于插入排序的特點和性能，以下描述錯誤的是（）A.插入排序將待排序元素插入到已排序序列的合適位置B.插入排序在平均情況下的時間復雜度為O(n^2)C.插入排序在數據基本有序時性能較好D.插入排序是一種不穩定的排序算法8、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敘述，錯誤的是：（）A.歸并排序將待排序序列分成若干個子序列，然后將子序列合并成有序序列B.歸并排序在最壞、平均和最好情況下的時間復雜度均為O(nlogn)C.歸并排序是一種穩定的排序算法D.歸并排序的空間復雜度較高9、運用通信網絡原理，設計一個智慧農業的物聯網網絡方案，實現農田環境數據的采集和遠程控制。10、設計一個音頻均衡器擴展電路，能夠增加均衡器的頻段數量和調節精度，并且具有預設模式。11、設計一個5V轉±12V的DC-DC電源轉換電路，輸出電流不小于0.5A，給出原理圖和元件選型。12、設計一個基于數字信號處理器（DSP）的語音信號處理系統，能夠實現語音的采集、濾波、編碼和傳輸功能。13、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。14、設計一個無線通信衰落信道的模擬模型，能夠產生不同類型的衰落信號，用于系統性能測試。15、利用數字電路技術，設計一個智能公交站牌系統，顯示車輛實時位置和預計到達時間。16、設計一個正弦波信號發生器，輸出頻率在100kHz至1GHz連續可調，采用鎖相環技術實現，說明工作原理和硬件設計。17、在數據結構的應用中，棧可以用于表達式求值。以下關于棧在表達式求值中的應用，說法不正確的是（）A.可以將中綴表達式轉換為后綴表達式，然后利用棧進行求值B.棧可以保存操作數和運算符，按照運算規則進行計算C.對于復雜的表達式，棧的使用可以簡化求值過程D.棧在表達式求值中只能用于中綴表達式，不能用于后綴表達式18、設計一個高速串行通信系統，采用PCIe接口，傳輸速率達到10Gbps，說明硬件實現和協議棧。19、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。20、設計一個簡易的數字頻率計，能夠測量1Hz至100kHz范圍內的正弦波、方波和三角波的頻率，精度達到0.1%，請詳細說明系統設計方案，包括硬件和軟件部分。21、在圖的存儲和遍歷中，深度優先遍歷和廣度優先遍歷可以用于判斷圖是否連通。以下關于連通性判斷的敘述中，不正確的是（）A.如果從某個頂點出發能夠遍歷到圖中的所有頂點，則圖是連通的B.對于無向圖，深度優先遍歷和廣度優先遍歷的結果相同，都能判斷連通性C.對于有向圖，深度優先遍歷和廣度優先遍歷的結果可能不同，需要綜合判斷連通性D.無論圖的存儲方式如何，深度優先遍歷和廣度優先遍歷判斷連通性的時間復雜度相同22、對于一個經常需要在頭部和尾部進行插入和刪除操作的線性數據結構，假設我們正在設計一個程序來管理一個排隊系統。以下哪種數據結構最為合適？（）A.棧B.隊列C.雙端隊列D.循環隊列23、設計一個太陽能路燈控制器擴展電路，能夠增加路燈的亮度調節和故障檢測功能，并且具有節能模式。24、設計一個基于數字信號處理的圖像壓縮系統，能夠對圖像進行高效壓縮，減少存儲空間和傳輸帶寬需求。25、根據通信原理，設計一個衛星通信地面站的天線跟蹤控制系統，確保天線始終對準衛星。二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）論述伸展樹在處理有序數據時的性能特點和優化方法。2、（本題5分）詳細說明如何在一個圖中進行最小生成樹的動態維護（如邊的刪除和添加），給出算法步驟和實現代碼，并分析其時間復雜度。3、（本題5分）解釋如何在一個字符串中查找第一個只出現一次的字符。4、（本題5分）論述伸展樹的自調整特性和操作，分析其在頻繁插入和刪除操作中的性能表現。三、設計題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）設計一個紅黑樹，實現插入、刪除和查找操作，并保證紅黑樹的性質始終成立。2、（本題5分）設計一個算法，利用二叉搜索樹存儲學生的社團活動參與情況，能夠快速查找特定社團的參與學生。3、（本題5分）設計一個程序，以二叉樹的形式表示家族譜系圖，實現家族成員的查找和關系展示功能。4、（本題5分）設計一個桶排序算法，對給定的一定范圍內的整數進行排序，分析其適用場景和局限性。5、（本題5分）設計一個程序，利用圖的數據結構表示電力網絡，實現電力傳輸的最短路徑和負載均衡分析功能。四、綜合題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）一個在線購物車系統需要對用戶添加的商品進行管理。商品信息包括商品ID、名稱、價格、數量等。購物車以棧和隊列的組合形式實現。請設計算法實現以下功能：（1）添加商品到購物車；（2）從購物車中刪除指定商品；（3）按照價格從高到低輸出購物車中的商品；（4）計算購物車中商品的總價。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。2、（本題10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、作業批改和成績統計，能夠為學生提供個性化的學習方案。3、（本題10分）假設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