西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

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《數(shù)據(jù)科學(xué)導(dǎo)論》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共25個(gè)小題，每小題1分，共25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)數(shù)字溫度計(jì)壓力計(jì)電路，能夠同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度和壓力，溫度精度為±0.1℃，壓力精度為±1kPa。2、設(shè)計(jì)一個(gè)LED調(diào)光電路，能夠調(diào)節(jié)LED燈的亮度，調(diào)光范圍為0%到100%，并且具有記憶功能。3、設(shè)計(jì)一個(gè)基于運(yùn)算放大器的積分器電路，積分時(shí)間常數(shù)可調(diào)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算。4、設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，采用PWM控制方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑調(diào)速，包括電路設(shè)計(jì)和控制算法。5、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙的無線鍵盤，實(shí)現(xiàn)按鍵輸入的無線傳輸和與計(jì)算機(jī)的連接，描述硬件和軟件設(shè)計(jì)。6、在一個(gè)具有n個(gè)元素的順序表中，若要在第i個(gè)位置（1<=i<=n+1）插入一個(gè)新元素，以下哪種操作的時(shí)間復(fù)雜度最高？（）A.移動(dòng)插入位置之后的所有元素B.查找插入位置C.分配新的存儲(chǔ)空間D.更新表的長(zhǎng)度7、設(shè)計(jì)一個(gè)無線充電器電路，能夠?yàn)槭謾C(jī)、平板電腦等設(shè)備進(jìn)行無線充電，充電功率為5W。8、設(shè)計(jì)一個(gè)高通濾波器，截止頻率為500Hz，通帶增益為2，阻帶衰減大于30dB，采用切比雪夫?yàn)V波器設(shè)計(jì)，給出電路參數(shù)和仿真結(jié)果。9、字符串的操作和處理在計(jì)算機(jī)編程中經(jīng)常遇到。對(duì)于字符串的匹配算法，以下描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.樸素的字符串匹配算法通過逐個(gè)字符比較來查找模式串在主串中的位置，時(shí)間復(fù)雜度較高B.KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法通過利用已經(jīng)匹配的部分信息來提高匹配效率C.BM（Boyer-Moore）算法從右向左比較字符，在某些情況下性能優(yōu)于KMP算法D.所有的字符串匹配算法在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度都是O(m*n)，其中m是模式串長(zhǎng)度，n是主串長(zhǎng)度10、設(shè)計(jì)一個(gè)帶通橢圓濾波器電路，中心頻率為1kHz，帶寬為200Hz，通帶波紋小于0.3dB，阻帶衰減不小于60dB，輸入信號(hào)頻率范圍為0-2kHz。11、設(shè)計(jì)一個(gè)集成電路制造中的化學(xué)氣相沉積（CVD）設(shè)備控制系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)。12、考慮一個(gè)有向無環(huán)圖（DAG），假設(shè)需要對(duì)其進(jìn)行拓?fù)渑判?。以下關(guān)于拓?fù)渑判虻慕Y(jié)果，哪個(gè)說法是正確的（）A.結(jié)果是唯一的B.結(jié)果可能不唯一C.不存在拓?fù)渑判駾.以上說法都不對(duì)13、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的視頻流處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻的壓縮、傳輸和顯示，闡述硬件設(shè)計(jì)和視頻處理算法。14、利用數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量直流電壓并以數(shù)字形式顯示，給出測(cè)量精度和量程。15、設(shè)計(jì)一個(gè)高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，采用固態(tài)硬盤，存儲(chǔ)容量達(dá)到1TB，讀寫速度不低于500MB/s，說明硬件選型和接口設(shè)計(jì)。16、想象一個(gè)需要存儲(chǔ)大量學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)，并能夠快速找出最高成績(jī)和最低成績(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，還需要支持成績(jī)的插入和更新操作。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能最為合適？（）A.二叉搜索樹，能快速查找、插入和刪除元素，但平衡情況影響性能B.堆，特別是最大堆和最小堆，能快速獲取最大或最小元素，插入和更新操作相對(duì)復(fù)雜C.哈希表，查找特定成績(jī)效率高，但不便于直接找出最大和最小成績(jī)D.紅黑樹，自平衡的二叉搜索樹，保證了較高的查找和插入效率17、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣檢測(cè)和增強(qiáng)功能，給出硬件設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果。18、設(shè)計(jì)一個(gè)基于FPGA的數(shù)字信號(hào)加密系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的加密和解密，闡述加密算法和硬件實(shí)現(xiàn)。19、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字音頻處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)音頻的采集、編碼、存儲(chǔ)和播放，具備一定的音頻特效處理功能。20、在平衡二叉樹中，通過旋轉(zhuǎn)操作來保持樹的平衡。假設(shè)插入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)后導(dǎo)致了不平衡，需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整。以下哪種情況可能需要進(jìn)行單向右旋操作？（）A.左子樹的高度比右子樹的高度大2，且新節(jié)點(diǎn)插入在左子樹的左子樹上B.左子樹的高度比右子樹的高度大2，且新節(jié)點(diǎn)插入在左子樹的右子樹上C.右子樹的高度比左子樹的高度大2，且新節(jié)點(diǎn)插入在右子樹的右子樹上D.右子樹的高度比左子樹的高度大2，且新節(jié)點(diǎn)插入在右子樹的左子樹上21、在一個(gè)需要對(duì)大量整數(shù)進(jìn)行排序的場(chǎng)景中，如果內(nèi)存空間有限，不能一次性容納所有數(shù)據(jù)，以下哪種排序算法可能是最合適的？（）A.冒泡排序，簡(jiǎn)單但效率低，不適合大數(shù)據(jù)量B.快速排序，通常在內(nèi)存中進(jìn)行，不適合內(nèi)存受限情況C.歸并排序，可以采用外部排序的方式處理大數(shù)據(jù)量D.插入排序，適用于少量數(shù)據(jù)，不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)22、設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP的數(shù)字濾波器，能夠?qū)σ纛l信號(hào)進(jìn)行低通濾波，截止頻率為2kHz，給出算法實(shí)現(xiàn)和代碼優(yōu)化。23、設(shè)計(jì)一個(gè)程控衰減器，衰減量可在0至60dB范圍內(nèi)程控調(diào)節(jié)，精度為1dB，給出電路實(shí)現(xiàn)和控制邏輯。24、在圖的算法中，F(xiàn)loyd-Warshall算法用于求解所有頂點(diǎn)對(duì)之間的最短路徑。以下關(guān)于Floyd-Warshall算法的描述，不正確的是（）A.算法基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的思想B.算法可以處理帶負(fù)權(quán)邊的圖C.算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^3)，空間復(fù)雜度為O(n^2)D.算法在求解過程中會(huì)修改圖的邊權(quán)值25、在一個(gè)需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行去重操作的數(shù)據(jù)處理任務(wù)中，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地幫助實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能？（）A.集合B.樹C.鏈表D.隊(duì)列二、簡(jiǎn)答題（本大題共4個(gè)小題，共20分)1、（本題5分）深入分析在具有n個(gè)頂點(diǎn)的無向圖中，如何計(jì)算每個(gè)頂點(diǎn)的度，并給出時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的分析。2、（本題5分）在圖的存儲(chǔ)中，如何處理圖的自環(huán)和重邊？有哪些影響？3、（本題5分）詳細(xì)闡述在棧的應(yīng)用中，如何使用棧來判斷一個(gè)表達(dá)式中的括號(hào)是否匹配，并給出具體的算法步驟。4、（本題5分）分析在字符串匹配中，如何利用位運(yùn)算提高匹配速度。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)跳表的插入和刪除算法，分析不同層數(shù)對(duì)操作性能的影響。2、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，利用線段樹和克魯斯卡爾算法的結(jié)合，為一個(gè)區(qū)域的電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃線路，確保供電可靠性和成本優(yōu)化。3、（本題5分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法，對(duì)一個(gè)矩陣進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)一個(gè)在線游戲的副本通關(guān)記錄信息，支持通關(guān)時(shí)間和成績(jī)的統(tǒng)計(jì)。5、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)程序，使用圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示物流網(wǎng)絡(luò)中的多式聯(lián)運(yùn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)輸方式的最優(yōu)組合和路徑規(guī)劃功能。四、綜合題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）一個(gè)在線圖書評(píng)論系統(tǒng)需要管理圖書信息、用戶評(píng)論和評(píng)論的點(diǎn)贊數(shù)等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)這些信息，支持圖書的查找、用戶評(píng)論的添加、刪除和修改，以及評(píng)論點(diǎn)贊數(shù)的更新，并能夠根據(jù)點(diǎn)贊數(shù)對(duì)評(píng)論進(jìn)行排序和展示熱門評(píng)論。2、（本題10分）在一個(gè)在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)生需要完成一系列的課程任務(wù)，