濟(jì)南護(hù)理職業(yè)學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程基礎(chǔ)》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

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2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷題號(hào)一二三四總分得分一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題1分，共20分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)，能夠確定節(jié)點(diǎn)的位置信息，描述系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。2、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字音頻處理中的音頻特效生成和控制模塊，分析特效的多樣性和可控性。3、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能熱水器控制器電路，能夠根據(jù)水溫自動(dòng)控制加熱和保溫，并且具有水位顯示和缺水報(bào)警功能。4、設(shè)計(jì)一個(gè)圖像處理中基于區(qū)域的圖像分割效果評(píng)估系統(tǒng)，包括準(zhǔn)確性和邊界完整性等指標(biāo)。5、考慮一個(gè)在線游戲的服務(wù)器端程序，需要實(shí)時(shí)地處理多個(gè)玩家的操作請(qǐng)求，并維護(hù)玩家的狀態(tài)信息，如位置、得分等。由于玩家的操作頻繁且并發(fā)，數(shù)據(jù)需要快速地更新和查詢。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲(chǔ)玩家的狀態(tài)數(shù)據(jù)？（）A.數(shù)組，能夠快速地隨機(jī)訪問(wèn)元素B.哈希表，通過(guò)哈希函數(shù)快速定位玩家的數(shù)據(jù)C.圖，用于表示玩家之間的關(guān)系和交互D.樹(shù)狀數(shù)組，高效地支持區(qū)間查詢和更新6、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，哈希表是一種用于快速查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以下關(guān)于哈希表的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.哈希表通過(guò)哈希函數(shù)將關(guān)鍵字映射到表中的特定位置，實(shí)現(xiàn)快速查找B.哈希表的查找、插入和刪除操作的平均時(shí)間復(fù)雜度都接近O(1)C.哈希沖突是指不同的關(guān)鍵字通過(guò)哈希函數(shù)映射到了相同的位置，解決哈希沖突的方法有開(kāi)放地址法和鏈地址法等D.哈希表的性能不受哈希函數(shù)的選擇和表的裝填因子的影響7、在二叉搜索樹(shù)中，左子樹(shù)的所有節(jié)點(diǎn)值都小于根節(jié)點(diǎn)值，右子樹(shù)的所有節(jié)點(diǎn)值都大于根節(jié)點(diǎn)值。假設(shè)存在一個(gè)二叉搜索樹(shù)，插入一系列值：50、30、70、20、40、60、80。在插入這些值后，要查找值為60的節(jié)點(diǎn)，以下哪種查找路徑是正確的？（）A.50-70-60B.50-30-40-60C.50-70-80-60D.50-30-20-608、設(shè)計(jì)一個(gè)基于Zigbee和藍(lán)牙的融合通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的無(wú)縫通信，描述系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和通信協(xié)議。9、在一個(gè)最小堆中，刪除堆頂元素后，需要重新調(diào)整堆以保持其性質(zhì)。以下哪種操作是正確的？（）A.將最后一個(gè)元素移到堆頂，然后向下調(diào)整B.將第一個(gè)元素移到末尾，然后向上調(diào)整C.重新構(gòu)建整個(gè)堆D.不進(jìn)行任何操作10、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的低通濾波，截止頻率為2kHz，采樣頻率為10kHz。11、假設(shè)正在開(kāi)發(fā)一個(gè)股票交易系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)記錄每只股票的價(jià)格變化，并能夠快速地找出價(jià)格漲幅最大和跌幅最大的股票。同時(shí)，要支持對(duì)股票價(jià)格的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的搭配最適合這個(gè)系統(tǒng)？（）A.最大堆和最小堆，分別存儲(chǔ)漲幅和跌幅最大的股票信息B.紅黑樹(shù)和中序遍歷，獲取股票價(jià)格的排序C.跳表和插入排序，更新股票價(jià)格數(shù)據(jù)D.線段樹(shù)和歸并排序，分析股票價(jià)格歷史數(shù)據(jù)12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的物料混合控制系統(tǒng)，能夠按照設(shè)定的比例自動(dòng)混合多種物料。13、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作中，可能會(huì)出現(xiàn)時(shí)間和空間的權(quán)衡。以下關(guān)于時(shí)間和空間權(quán)衡的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.有時(shí)候?yàn)榱颂岣卟僮鞯臅r(shí)間效率，可能需要犧牲一些存儲(chǔ)空間，例如使用緩存來(lái)加速數(shù)據(jù)訪問(wèn)B.某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在節(jié)省空間的同時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致操作的時(shí)間復(fù)雜度增加，例如壓縮存儲(chǔ)的數(shù)組C.在任何情況下，都應(yīng)該優(yōu)先考慮時(shí)間效率，而忽略空間的消耗，因?yàn)闀r(shí)間往往比空間更寶貴D.時(shí)間和空間的權(quán)衡需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來(lái)決定，沒(méi)有絕對(duì)的最優(yōu)策略14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能門禁系統(tǒng)，能夠通過(guò)指紋識(shí)別、密碼輸入或刷卡方式進(jìn)行身份驗(yàn)證，控制門的開(kāi)關(guān)。15、設(shè)計(jì)一個(gè)音頻混音器電路，能夠?qū)⒍嗦芬纛l信號(hào)混合輸出，給出電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整方法。16、設(shè)計(jì)一個(gè)用于智能手表的電源管理芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗運(yùn)行和快速充電，給出芯片架構(gòu)和功能模塊。17、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路中的觸發(fā)器電路，如JK觸發(fā)器，分析其工作特性和時(shí)序關(guān)系。18、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的光電編碼器接口電路，能夠準(zhǔn)確讀取編碼器的輸出信號(hào)，用于位置測(cè)量，闡述電路原理和接口程序。19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM8微控制器的智能溫度傳感器，能夠通過(guò)I2C接口與上位機(jī)通信，給出硬件電路和驅(qū)動(dòng)程序。20、設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器，采用有源濾波器設(shè)計(jì)，截止頻率為5kHz，通帶增益為1，阻帶衰減大于40dB，給出電路參數(shù)和性能測(cè)試。二、簡(jiǎn)答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）解釋什么是樹(shù)狀數(shù)組，并說(shuō)明其在計(jì)算前綴和方面的應(yīng)用。2、（本題5分）詳細(xì)闡述B樹(shù)中如何進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的查找操作。3、（本題5分）比較歸并排序和快速排序在對(duì)隨機(jī)數(shù)據(jù)的排序效果。4、（本題5分）說(shuō)明在一個(gè)具有n個(gè)元素的單鏈表中，如何實(shí)現(xiàn)刪除指定位置的節(jié)點(diǎn)操作，分析其時(shí)間復(fù)雜度，并討論可能出現(xiàn)的邊界情況。5、（本題5分）解釋什么是并查集的路徑壓縮優(yōu)化策略，說(shuō)明其原理和實(shí)現(xiàn)方法，并分析其對(duì)并查集操作效率的影響。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用跳表結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)用戶的登錄時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)快速查找特定用戶最近的登錄時(shí)間。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，用B樹(shù)存儲(chǔ)大量的學(xué)生信息，實(shí)現(xiàn)快速的信息查詢和修改操作。3、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在一個(gè)字符串中找出最長(zhǎng)的重復(fù)子串。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用圖的鄰接表存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)深度優(yōu)先和廣度優(yōu)先遍歷的動(dòng)畫(huà)演示。5、（本題5分）優(yōu)化KMP算法的next數(shù)組計(jì)算方法，提高字符串匹配的效率，并進(jìn)行性能測(cè)試。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）某旅游景點(diǎn)的門票預(yù)訂系統(tǒng)需要管理預(yù)訂信息，包括預(yù)訂編號(hào)、游客姓名、身份證號(hào)、預(yù)訂日期、門票類型、數(shù)量等。系統(tǒng)要支持快速查找特定預(yù)訂、按照預(yù)訂日期對(duì)預(yù)訂進(jìn)行排序、新增預(yù)訂、取消預(yù)訂以及修改預(yù)訂的門票數(shù)量。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)適用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，給出代碼實(shí)現(xiàn)，并分析其時(shí)間和空間性能。2、（本題10分）一個(gè)電商平臺(tái)的售后服務(wù)管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)售后訂單的信息，包括售后訂單編號(hào)、商品編號(hào)、售后類型（退貨、換貨、維修）、處理進(jìn)度、處理結(jié)果等。系統(tǒng)要支持快速查找特定售后訂單、按照處理進(jìn)度對(duì)訂單進(jìn)行排序