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《數據結構（Ⅰ）》2023-2024學年第一學期期末試卷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STM32的智能農業灌溉系統，能夠根據土壤濕度和氣象數據自動控制灌溉設備的運行，實現精準灌溉和水資源節約。2、利用鎖相環技術設計一個頻率合成器，能夠輸出穩定的、可調節的頻率信號，給出頻率合成器的整體架構和各部分的詳細設計。3、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。4、利用傳感器設計一個自動照明控制系統，根據環境光線強度自動控制燈光的開啟和關閉，并可以調節燈光亮度。5、歸并排序同樣是一種分治算法，它將數組不斷地分成兩半，然后將兩半合并成一個有序的數組。歸并排序的空間復雜度主要取決于：（）A.數組的初始大小B.遞歸的深度C.合并操作的次數D.數據的分布情況6、設計一個無線遙控器智能學習電路，能夠學習其他遙控器的編碼，實現一個遙控器控制多個設備。7、設計一個基于FPGA的UART通信模塊，波特率可設置，數據位、停止位可配置，給出硬件實現和測試方案。8、利用電力電子技術設計一個直流電機驅動器，實現電機的正反轉、調速和制動控制。9、設計一個基于數字邏輯的電梯控制系統，實現電梯的上下運行、樓層停靠和超重報警等功能。10、在一個編譯器的符號表實現中，需要存儲變量名、類型、作用域等信息，并能夠快速查找、插入和刪除符號。以下哪種數據結構可能是最適合的？（）A.紅黑樹，平衡的搜索結構B.鏈表，動態操作方便C.棧，后進先出管理符號D.隊列，先進先出處理符號11、設計一個太陽能充電控制器，能夠對太陽能電池板的輸出進行控制和管理，實現對蓄電池的有效充電，包括電路設計和控制策略。12、B樹和B+樹常用于數據庫和文件系統中。假設我們正在分析一個B樹的結構。以下關于B樹和B+樹的描述，哪一項是不準確的？（）A.B樹的階數越大，樹的高度越小，查找效率越高B.B+樹的所有葉子節點通過指針連接成一個鏈表，便于范圍查詢C.B樹和B+樹在插入和刪除節點時，都需要進行分裂和合并操作來保持樹的結構D.B樹和B+樹只適用于數據量較小的情況，對于大規模數據不適用13、運用通信網絡技術，設計一個智能工廠的5G專網方案，滿足工業生產中對低延遲、高可靠通信的需求。14、設計一個高頻射頻放大器電路，工作頻率在5GHz，增益大于20dB，給出電路結構和穩定性分析。15、假設正在開發一個股票交易系統，需要實時記錄每只股票的價格變化，并能夠快速地找出價格漲幅最大和跌幅最大的股票。同時，要支持對股票價格的歷史數據進行分析。以下哪種數據結構和算法的搭配最適合這個系統？（）A.最大堆和最小堆，分別存儲漲幅和跌幅最大的股票信息B.紅黑樹和中序遍歷，獲取股票價格的排序C.跳表和插入排序，更新股票價格數據D.線段樹和歸并排序，分析股票價格歷史數據二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）深入探討在一個具有n個元素的循環隊列中，如何有效地判斷隊列是否已滿。2、（本題5分）在一個具有n個頂點的有向圖中，如何判斷圖中是否存在回路？3、（本題5分）描述二叉樹的遍歷算法在二叉樹的路徑問題變種（如路徑之和為給定值的路徑數量）中的應用。4、（本題5分）解釋什么是后綴表達式，說明如何將中綴表達式轉換為后綴表達式，并利用棧實現后綴表達式的求值。三、綜合題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）某學校的選課系統需要記錄課程和學生的選課信息。課程有課程ID、課程名稱、授課教師、容量等，學生選課信息包括學生ID、課程ID。請設計數據結構來管理選課數據，能夠快速查詢課程余量、學生選課情況、退選和補選操作，并統計每門課程的選課人數。2、（本題5分）一家電商平臺的物流跟蹤系統需要記錄包裹的運輸軌跡，包括包裹單號、運輸節點、到達時間、運輸狀態。請設計數據結構來存儲運輸軌跡數據，能夠快速查詢包裹的當前位置、歷史軌跡、預計到達時間，并統計不同運輸節點的處理效率。3、（本題5分）某旅游公司的旅游線路管理系統需要存儲旅游線路的信息，如線路編號、線路名稱、行程安排、價格、成團人數等。系統要能夠快速查找特定線路、按照價格對線路進行排序、新增旅游線路、修改線路信息、刪除冷門線路。請設計合適的數據結構和算法，并給出代碼實現和性能評估。4、（本題5分）某在線圖書館的圖書借閱系統需要記錄圖書的借閱者、借閱時間、應還時間、是否逾期等信息。設計數據結構來管理圖書借閱情況，支持借閱、歸還、續借等操作，能夠及時提醒借閱者歸還圖書并統計圖書的借閱頻率。5、（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。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，使用合適的數據結構存儲一個醫院的患者病歷信息（患者編號、姓名、病癥、診斷結果等），并支持按照病癥進行分類查詢和統計。2、（本題10分）設計一個程序，使用圖的數據結