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《數據結構和算法應用》2023-2024學年第一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、設計一個用于醫療成像設備的信號采集系統，如CT、MRI等，能夠實現高速、高精度的數據采集，給出系統架構和接口設計。2、設計一個基于AD9854的直接數字頻率合成器（DDS），輸出頻率范圍為1Hz至100MHz，相位分辨率小于1°，給出硬件設計和控制程序。3、利用數字電路技術，設計一個自動售貨機的控制系統，實現商品選擇、支付和出貨功能。4、設計一個基于藍牙5.0技術的無線音頻傳輸系統，實現高質量的音頻數據傳輸，給出系統的性能測試結果。5、設計一個具有故障診斷功能的電源系統，能夠實時監測電源狀態并診斷故障，給出系統設計和診斷算法。6、設計一個基于單片機的電子秤系統，能夠準確測量物體的重量，測量范圍為0-10kg，精度為1g。7、假設要實現一個可以快速查找兩個節點之間是否存在路徑的圖數據結構。以下哪種表示方法和搜索算法的組合最適合？（）A.鄰接矩陣和深度優先搜索B.鄰接表和廣度優先搜索C.鄰接矩陣和廣度優先搜索D.鄰接表和深度優先搜索8、設計一個數字頻率計，采用等精度測量法，測量范圍為10Hz至100MHz，給出系統方案和誤差分析。9、設計一個基于FPGA的圖像濾波系統，實現中值濾波、均值濾波等功能，去除圖像噪聲。10、隊列也是一種常見的數據結構，遵循先進先出的原則。在計算機系統中，很多地方都會用到隊列，比如打印機的任務隊列、操作系統的進程調度隊列等。假設有一個隊列，初始為空，然后依次進行入隊操作：1、2、3、4。現在要進行兩次出隊操作，那么出隊的元素依次是：（）A.1、2B.2、3C.1、3D.3、411、線段樹是一種用于處理區間查詢和更新的數據結構。假設我們正在使用線段樹解決區間問題。以下關于線段樹的描述，哪一項是不準確的？（）A.線段樹通過對區間進行遞歸劃分，建立樹形結構來快速回答區間查詢B.插入和刪除操作在線段樹中比較復雜，通常不常使用C.線段樹的構建時間復雜度為O(n)，查詢和更新操作的時間復雜度為O(logn)D.線段樹可以用于求解區間最大值、最小值、和等問題12、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。13、根據通信原理，設計一個無線對講機系統，能夠在一定范圍內實現清晰的語音通信。14、選擇排序也是一種基本的排序算法。以下關于選擇排序的描述，錯誤的是（）A.每一輪從待排序序列中選擇最小的元素，放到已排序序列的末尾B.選擇排序的時間復雜度為O(n2)，但在某些情況下比冒泡排序性能好C.選擇排序是一種不穩定的排序算法D.選擇排序不需要額外的存儲空間，空間復雜度為O(1)15、設計一個簡單的數字示波器的觸發電路，能夠準確捕捉輸入信號的特定特征，闡述觸發電路的原理和設計。16、設計一個基于光電二極管的光強度測量系統，能夠實時測量環境光的強度，并將數據進行顯示和存儲。17、設計一個程控濾波器，帶寬和中心頻率可程控調節，給出電路實現和控制邏輯。18、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。19、鏈表也是一種常見的線性表結構。假設我們正在使用一個單向鏈表。以下關于鏈表的描述，哪一項是不正確的？（）A.鏈表在插入和刪除元素時，只需修改相關節點的指針，操作較為靈活B.單向鏈表只能從表頭向表尾方向遍歷，無法反向遍歷C.鏈表的存儲空間不需要連續，可以充分利用零散的內存空間D.鏈表的查找操作需要從頭節點依次遍歷，效率相對較低20、紅黑樹也是一種自平衡的二叉搜索樹。假設我們正在研究一個紅黑樹。以下關于紅黑樹的描述，哪一項是不準確的？（）A.紅黑樹通過對節點顏色的約束來保持一定程度的平衡B.紅黑樹的插入和刪除操作相對復雜，但能保證較好的性能C.紅黑樹的查找操作的時間復雜度在平均情況下優于AVL樹D.紅黑樹在頻繁插入和刪除節點的情況下，性能比AVL樹更穩定21、設計一個用于光伏發電的最大功率點跟蹤（MPPT）控制器，給出控制算法和硬件實現。22、設計一個直流穩壓電源電路，輸出電壓為5V、12V和24V可選，最大輸出電流為2A。23、設計一個數字電視信號的傳輸系統，包括調制、編碼和發射模塊，滿足特定的傳輸標準和質量要求。24、假設正在開發一個圖像識別系統，需要對圖像的特征向量進行存儲和分類。為了能夠快速地找到相似的特征向量和進行分類操作，以下哪種數據結構可能是最有用的？（）A.K-D樹，用于多維數據的搜索和分類B.B樹，高效存儲和檢索大量數據C.線段樹，處理圖像特征的區間信息D.并查集，合并相似的特征向量25、設計一個基于ADC和微控制器的壓力測量系統，能夠測量0-100MPa的壓力，精度達到0.1MPa。26、設計一個音頻濾波器數字控制與自動切換電路，能夠通過數字信號處理器（DSP）精確控制濾波器參數，并根據輸入音頻信號自動切換濾波器。27、在數據結構的性能評估中，除了時間復雜度和空間復雜度，還有其他因素需要考慮。假設我們正在評估一個數據結構的性能。以下關于性能評估的描述，哪一項是不準確的？（）A.數據結構的實現細節、代碼的可讀性和可維護性也會影響其在實際應用中的性能B.不同的硬件平臺和操作系統可能會對數據結構的性能產生影響C.對于實時性要求高的系統，平均性能比最壞性能更重要D.只需要關注數據結構在理論上的時間復雜度和空間復雜度，實際的運行環境對性能影響不大28、在一個鏈式存儲的棧中，進行出棧操作時，如果棧為空，會發生什么情況？（）A.正常出棧，返回空值B.程序報錯C.自動添加一個默認值D.等待用戶輸入值29、在圖這種數據結構中，鄰接矩陣和鄰接表是兩種常見的存儲方式。假設一個圖的頂點數量很多，但邊的數量相對較少。為了節省存儲空間，以下哪種存儲方式可能更優（）A.鄰接矩陣B.鄰接表C.十字鏈表D.都一樣，沒有區別30、設計一個基于STM32的無人機飛行控制系統，實現姿態穩定、高度控制和航線規劃，給出系統組成和控制算法。二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某在線旅游平臺的景點評價系統需要記錄景點信息、評價內容和評價分數。景點信息包括景點ID、景點名稱、景點介紹，評價內容包括評價ID、景點ID、用戶ID、評價內容、評價時間，評價分數包括分數ID、景點ID、用戶ID、分數。設計數據結構來管理評價數據，實現景點評價的查詢、統計平均分數、篩選優質評價，并根據評價推薦景點。2、（本題5分）一個科研項目管理系統需要對項目的進展情況和參與人員進行跟蹤。項目信息包括項目編號、項目名稱、負責人、起止時間、進展狀態等，參與人員信息包括人員編號、姓名、參與項目等。這些信息以十字鏈表的形式存儲。請設計算法實現以下功能：（1）查詢某個項目的詳細信息；（2）添加新的項目或人員；（3）刪除已完成的項目或離職人員；（4）統計每個負責人負責的項目數量。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。3、（本題5分）某公司的人力資源管理系統需要存儲員工的培訓記錄，如員工編號、培訓課程、培訓時間、培訓成績等。系統要能夠快速查找特定員工的培訓記錄、按照培訓成績對員工進行排序、新增培訓記錄、修改培訓信息、刪除無效記錄。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。4、（本題5分）一個在線視頻會議系統需要對參會人員的狀態和發言順序進行管理。參會人員信息包括人員編號、姓名、狀態（在線/離線）、發言順序等。這些信息以三元組表的形式存儲。請設計算法實現以下功能：（1）查詢在線參會人員名單；（2）調整參會人員的發言順序；（3）人員離線時更新狀態；（4）統計發言次數超過一定閾值的人員數量。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。5、（本題5分）一個在線招聘系統需要管理職位信息，包括職位編號、職位名稱、工作地點、薪資范圍、招聘人數等。系統要支持快速查找特定職位、按照薪資范圍對職位進行排序、新增職位、修改職位信息、關閉招聘職位。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。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）分析在字符串匹配中，RK算法的原理和適用場景。2、（本題5分）論述最小生成樹的概念和常見算法（Prim算法、Kruskal算法）的步驟和時間復雜度。3、（本題5分）描述二叉樹的遍歷算法在二叉樹的節點替換問題、樹的結構調整問題中的應用。4