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《數據科學與工程》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、設計一個基于FPGA的視頻圖像處理系統，能夠實現圖像縮放、旋轉、灰度化等基本操作。2、設計一個基于運放的指數放大器電路，能夠實現輸入信號的指數放大，放大倍數可調，輸入信號頻率范圍為0-100Hz。3、設計一個基于霍爾傳感器的電機轉速測量系統，能夠準確測量電機的轉速，并將轉速數據實時顯示。4、運用通信網絡原理，設計一個智能倉儲物流的無線定位系統，實現貨物和搬運設備的精確定位。5、設計一個基于FPGA的數字通信收發系統，支持常見的通信協議，如UART、SPI等。6、設計一個基于物聯網技術的智能停車場管理系統，能夠實現車位檢測、車輛引導和收費管理等功能。7、設計一個計算機網絡拓撲結構，滿足特定的網絡規模、性能和可靠性要求，進行網絡性能分析和優化。8、設計一個基于STM32的物聯網網關，能夠連接多種傳感器并將數據上傳到云平臺，說明系統架構和通信協議轉換。9、設計一個基于PLC的自動化生產線控制系統，能夠實現對物料輸送、加工、裝配等環節的順序控制和故障報警。10、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11、設計一個太陽能路燈控制器智能調光電路，能夠根據環境光照強度和交通流量自動調節路燈的亮度，實現智能調光。12、設計一個數字頻率計，能夠測量輸入信號的頻率，精度達到一定要求，給出硬件電路設計和軟件算法流程。13、在數據結構的學習中，理解算法的正確性和穩定性是很重要的。以下關于算法正確性和穩定性的描述，錯誤的是：（）A.算法的正確性是指對于任意合法的輸入，算法都能給出正確的輸出B.穩定性是指在排序過程中，如果兩個元素的關鍵字相等，它們在排序前后的相對順序不變C.冒泡排序是一種穩定的排序算法，而快速排序在默認情況下是不穩定的D.算法的正確性和穩定性是相互獨立的，一個算法可以是正確的但不穩定，也可以是穩定的但不正確14、設計一個數字信號發生器擴展電路，能夠增加信號發生器的輸出信號類型和參數調節范圍，并且具有脈沖寬度調制功能。15、設計一個音頻功率放大器的散熱系統，保證放大器在高功率輸出時的穩定工作，給出散熱系統的設計和熱分析。16、設計一個基于藍牙模塊的智能體重秤，能夠測量體重、體脂率、肌肉量等身體指標，并將數據上傳至云端。17、假設正在設計一個數據庫的索引結構，需要支持快速的等值查詢、范圍查詢和排序操作。在這種情況下，以下哪種索引結構可能是最優的選擇？（）A.B樹索引，平衡樹結構，適用于多種查詢B.哈希索引，快速等值查詢，但不支持范圍查詢C.位圖索引，適合處理布爾值屬性的查詢D.全文索引，用于文本內容的搜索18、根據傳感器技術，設計一個用于室內空氣質量監測的氣體傳感器系統，能夠檢測甲醛、苯等有害氣體濃度。19、快速排序是一種高效的排序算法，它采用分治的思想。在快速排序中，選擇一個基準元素，將數組分為兩部分，使得左邊部分的元素都小于等于基準元素，右邊部分的元素都大于等于基準元素。以下關于快速排序的描述，錯誤的是：（）A.快速排序在最壞情況下的時間復雜度為O(n^2)B.快速排序是一種穩定的排序算法C.快速排序的平均時間復雜度為O(nlogn)D.快速排序的空間復雜度為O(logn)20、設計一個數字電壓表電流表電路，能夠同時測量直流電壓和電流，電壓測量范圍為0V到100V，電流測量范圍為0A到1A，精度為±0.1V和±0.01A。21、設計一個基于DSP的數字信號調制系統，支持多種調制方式，如QAM、OFDM等，給出算法實現和性能優化。22、考慮一個物流配送系統，需要根據客戶的地址和訂單需求規劃最優的配送路線。同時，要能夠實時更新路況信息，并重新計算最優路線。在這種情況下，以下哪種數據結構和算法的組合最適合解決這個問題？（）A.迪杰斯特拉算法和鄰接表B.弗洛伊德算法和矩陣C.廣度優先搜索算法和鏈表D.深度優先搜索算法和棧23、數據結構是計算機科學中重要的研究領域，它對程序的性能和效率有著關鍵影響。以下關于數據結構的描述，錯誤的是：（）A.數據結構是指相互之間存在一種或多種特定關系的數據元素的集合B.數據結構主要研究數據的邏輯結構、存儲結構以及對數據的操作C.數據結構只關注數據的存儲方式，不考慮數據的處理效率D.選擇合適的數據結構可以提高程序的運行速度和節省存儲空間24、設計一個用于雷達系統的中頻放大器，帶寬為10MHz，增益為50dB，噪聲系數小于5dB，闡述電路結構和器件選擇。25、設計一個基于單片機的智能安防監控系統，能夠實時監測入侵、火災等異常情況，并進行報警和錄像。26、插入排序是一種簡單直觀的排序算法。關于插入排序的工作方式，以下描述哪一項是不正確的？（）A.插入排序將待排序的元素逐個插入到已排序的部分中，從而逐步完成排序B.插入排序在最壞情況下的時間復雜度為O(n^2)，在最好情況下的時間復雜度為O(n)C.插入排序是一種穩定的排序算法，相同元素的相對順序在排序前后不會改變D.插入排序的空間復雜度較高，通常需要額外的O(n)空間來完成排序27、使用單片機設計一個智能電子秤系統，能夠準確測量物體重量，并具有去皮、計價等功能。28、設計一個基于藍牙Mesh網絡的智能照明系統，能夠實現群組控制和場景設置，說明系統組成和網絡配置。29、設計一個基于陀螺儀和加速度計的姿態測量系統，能夠實時獲取物體的姿態信息。30、在一個圖像識別系統中，需要對大量的圖像特征向量進行聚類分析。以下哪種數據結構和算法常用于實現圖像特征的聚類？（）A.K-Means算法結合鏈表B.層次聚類算法和二叉樹C.密度聚類算法和數組D.以上算法和數據結構都可能用到，取決于具體需求二、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某在線教育平臺需要對課程的章節內容和學生的學習進度進行管理。課程信息包括課程編號、章節標題、內容、學習進度等，學生信息包括學生編號、學習的課程等。這些信息以塊狀鏈表的形式存儲。請設計算法實現以下功能：（1）查詢某個學生在某門課程中的學習進度；（2）更新學生的學習進度；（3）按照學習進度對學生進行排序；（4）統計某門課程的學習完成率。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。2、（本題5分）一個超市的促銷活動管理系統需要存儲促銷活動的信息，如活動編號、活動名稱、活動時間、優惠方式、參與商品等。系統要支持快速查找特定促銷活動、按照活動時間對活動進行排序、新增促銷活動、修改活動規則、結束活動。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。3、（本題5分）某高校的課程管理系統需要對課程的選課信息進行處理。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。這些信息以隊列和棧的組合形式存儲。請設計算法實現以下功能：（1）按照選課先后順序輸出選課學生名單；（2）撤銷某個學生的選課；（3）統計每門課程的選課人數；（4）調整選課順序，將優先選課的學生排在前面。分析算法的時間復雜度和空間復雜度。4、（本題5分）某電商倉庫的庫存管理系統需要存儲商品的庫存信息，包含商品編號、商品名稱、庫存數量、進貨價格、出貨價格等。系統要能夠快速查詢特定商品的庫存、按照庫存數量對商品進行排序、進行商品的入庫和出庫操作、修改商品的價格信息。請設計合理的數據結構和算法，并提供代碼實現以及性能評估。5、（本題5分）某音樂播放平臺需要管理大量的音樂文件信息，包括歌曲ID、歌曲名稱、歌手、專輯、播放次數、下載次數等。設計數據結構來存儲這些音樂信息，能夠快速查找特定歌曲、按照歌手或專輯分類、更新播放和下載次數，并統計熱門歌曲。三、簡答題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）深入分析在一個具有n個元素的鏈表中，如何查找第k大的元素。2、（本題5分）對于一個用鏈表實現的有序表，解釋如何合并兩個有序鏈表為一個新的有序鏈表，給出算法步驟和時間復雜度分析。3、（本題5分）論述如何使用動態規劃算法解決最長公共子序列問題，給出狀態轉移方程和代碼