西華師范大學(xué)《算法及設(shè)計(jì)模式》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場(chǎng)紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第1頁，共3頁西華師范大學(xué)《算法及設(shè)計(jì)模式》

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30個(gè)小題，每小題1分，共30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、在有向圖中，進(jìn)行深度優(yōu)先搜索時(shí)，需要使用什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記錄已訪問的頂點(diǎn)？（）A.數(shù)組B.鏈表C.棧D.隊(duì)列2、在字符串匹配算法中，KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法是一種高效的算法。以下關(guān)于KMP算法的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.利用了已經(jīng)匹配的部分信息來避免不必要的回溯B.時(shí)間復(fù)雜度為O(m+n)，其中m是模式串長(zhǎng)度，n是主串長(zhǎng)度C.其核心是構(gòu)建一個(gè)next數(shù)組來指導(dǎo)匹配過程D.KMP算法的空間復(fù)雜度高于樸素的字符串匹配算法3、在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決數(shù)獨(dú)問題時(shí)，需要在一個(gè)9x9的方格中填入數(shù)字1到9，使得每行、每列和每個(gè)3x3的子方格內(nèi)都沒有重復(fù)的數(shù)字。以下哪種搜索策略可能適用于這個(gè)問題？（）A.隨機(jī)搜索B.深度優(yōu)先搜索C.廣度優(yōu)先搜索D.啟發(fā)式搜索4、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決在一個(gè)有向無環(huán)圖（DAG）中找出所有最長(zhǎng)路徑的問題。圖中的節(jié)點(diǎn)表示任務(wù)，邊表示任務(wù)之間的依賴關(guān)系。需要考慮算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，同時(shí)要確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。以下哪種算法可能是最合適的？（）A.深度優(yōu)先搜索（DFS）算法，通過遞歸遍歷圖來找出所有路徑，但可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算和內(nèi)存消耗較大的問題B.廣度優(yōu)先搜索（BFS）算法，逐層遍歷圖，能較好地控制搜索范圍，但對(duì)于最長(zhǎng)路徑的查找可能不夠直接C.動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，通過將問題分解為子問題并保存中間結(jié)果來求解，時(shí)間和空間復(fù)雜度相對(duì)較低，但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜D.貪心算法，每次選擇局部最優(yōu)的路徑，但可能無法得到全局的最長(zhǎng)路徑5、在計(jì)算幾何算法中，判斷線段是否相交是一個(gè)基本問題。以下關(guān)于判斷線段相交的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.可以通過計(jì)算線段所在直線的交點(diǎn)，并判斷交點(diǎn)是否在線段上，來判斷線段是否相交B.可以使用向量叉積的方法來判斷線段是否相交C.快速排斥實(shí)驗(yàn)和跨立實(shí)驗(yàn)相結(jié)合可以有效地判斷線段是否相交D.判斷線段相交的算法的時(shí)間復(fù)雜度一定是O(1)6、在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的應(yīng)用中，最長(zhǎng)公共子序列（LCS）問題是一個(gè)經(jīng)典問題。以下關(guān)于LCS問題的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.LCS問題是指找出兩個(gè)序列的最長(zhǎng)公共子序列的長(zhǎng)度B.求解LCS問題可以通過構(gòu)建二維數(shù)組來記錄中間結(jié)果，自底向上地計(jì)算C.LCS問題的最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)是指LCS的子序列也是原序列的LCSD.LCS問題的時(shí)間復(fù)雜度為O(mn)，其中m和n分別是兩個(gè)序列的長(zhǎng)度，空間復(fù)雜度為O(min(m,n))7、假設(shè)正在分析一個(gè)用于在網(wǎng)絡(luò)中尋找最短路徑的算法的性能，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會(huì)動(dòng)態(tài)變化。以下哪種情況可能會(huì)對(duì)算法的效率產(chǎn)生較大的影響？（）A.節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加B.邊的權(quán)重的變化C.新邊的添加和舊邊的刪除D.以上情況都可能8、在算法的應(yīng)用領(lǐng)域中，圖像處理、自然語言處理和人工智能等都廣泛使用了各種算法。假設(shè)我們正在研究算法在圖像處理中的應(yīng)用。以下關(guān)于算法在圖像處理中的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.圖像壓縮算法如JPEG利用了變換編碼和量化等技術(shù)來減少圖像的數(shù)據(jù)量B.圖像邊緣檢測(cè)算法如Sobel算子通過計(jì)算圖像梯度來檢測(cè)圖像中的邊緣C.圖像分類算法通?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，與傳統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)方法關(guān)系不大D.圖像濾波算法如高斯濾波用于去除圖像中的噪聲，同時(shí)保持圖像的主要特征9、在分治法的應(yīng)用中，快速排序是一個(gè)典型的例子。假設(shè)對(duì)一個(gè)幾乎有序的數(shù)組進(jìn)行排序，快速排序的性能可能會(huì)受到影響。為了改進(jìn)這種情況下的性能，以下哪種方法可能有效（）A.改用冒泡排序B.采用隨機(jī)選擇基準(zhǔn)元素C.增加排序的趟數(shù)D.以上方法都無效10、在算法設(shè)計(jì)中，遞歸算法有時(shí)可以使問題的解決更加簡(jiǎn)潔。但是，遞歸算法也存在一些缺點(diǎn)，以下哪一項(xiàng)不屬于遞歸算法的缺點(diǎn)？（）A.可能會(huì)導(dǎo)致棧溢出錯(cuò)誤B.執(zhí)行效率通常比非遞歸算法低C.代碼的可讀性較差D.對(duì)于一些問題，可能難以找到有效的遞歸終止條件11、對(duì)于并行算法，假設(shè)要對(duì)一個(gè)大規(guī)模的矩陣進(jìn)行乘法運(yùn)算。以下哪種并行策略可能最有效地提高計(jì)算速度？（）A.數(shù)據(jù)劃分并行B.任務(wù)并行C.流水線并行D.以上策略結(jié)合12、在算法的正確性證明中，以下關(guān)于證明方法的描述哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.可以使用數(shù)學(xué)歸納法進(jìn)行證明B.通過反證法來證明算法的正確性C.只需要對(duì)一些典型的輸入進(jìn)行測(cè)試就能證明算法的正確性D.正確性證明需要基于嚴(yán)格的邏輯推理和數(shù)學(xué)理論13、考慮一個(gè)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法求解的問題，如果增加問題的規(guī)模，同時(shí)保持問題的性質(zhì)不變，以下關(guān)于算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度的變化，哪一種可能性最大？（）A.時(shí)間和空間復(fù)雜度都不變B.時(shí)間復(fù)雜度增加，空間復(fù)雜度不變C.時(shí)間和空間復(fù)雜度都增加D.時(shí)間復(fù)雜度不變，空間復(fù)雜度增加14、在貪心算法的應(yīng)用中，假設(shè)要在一組項(xiàng)目中選擇一些項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都有收益和成本，目標(biāo)是在預(yù)算限制內(nèi)最大化總收益。以下哪種情況可能導(dǎo)致貪心算法得到的不是最優(yōu)解？（）A.項(xiàng)目之間存在依賴關(guān)系B.收益和成本的比例變化較大C.預(yù)算限制非常嚴(yán)格D.項(xiàng)目的數(shù)量過多15、某算法需要在一個(gè)字符串集合中查找所有具有相同前綴的字符串。以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或算法可以有效地支持這個(gè)操作？（）A.字典樹（Trie）B.哈希表C.平衡二叉搜索樹D.以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以16、對(duì)于數(shù)值計(jì)算算法，假設(shè)要求解一個(gè)大型線性方程組。以下哪種算法在精度和效率上通常有較好的平衡？（）A.高斯消元法B.雅可比迭代法C.共軛梯度法D.以上算法視問題特點(diǎn)而定17、考慮一個(gè)用于查找數(shù)組中第k小元素的算法。以下哪種算法可以在平均情況下以O(shè)(n)的時(shí)間復(fù)雜度完成這個(gè)任務(wù)（）A.冒泡排序后選擇B.快速排序的變體C.插入排序D.以上算法都不行18、在算法的復(fù)雜度分析中，大O記號(hào)用于表示算法的上界。假設(shè)一個(gè)算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2+nlogn)，隨著n的增大，其主要的增長(zhǎng)項(xiàng)是（）A.n^2B.nlognC.兩者增長(zhǎng)速度相同D.無法確定19、在隨機(jī)化算法的應(yīng)用中，假設(shè)要快速估計(jì)一個(gè)復(fù)雜函數(shù)的積分值。以下哪種隨機(jī)化方法通常被使用？（）A.蒙特卡羅方法B.拉斯維加斯算法C.舍伍德算法D.以上方法都有可能20、在一個(gè)圖像識(shí)別項(xiàng)目中，需要對(duì)大量的圖片進(jìn)行特征提取和分類。圖像具有高維度和復(fù)雜的特征，并且要求算法具有較好的泛化能力和準(zhǔn)確性。以下哪種算法或方法可能是最合適的用于圖像特征提取和分類？（）A.主成分分析（PCA），用于數(shù)據(jù)降維和特征提取B.線性判別分析（LDA），尋找最優(yōu)的分類投影方向C.卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），專門為圖像處理設(shè)計(jì)的深度學(xué)習(xí)模型D.獨(dú)立成分分析（ICA），分離出獨(dú)立的特征成分21、在一個(gè)字符串匹配問題中，需要在一個(gè)長(zhǎng)文本中查找一個(gè)短模式字符串的所有出現(xiàn)位置。以下哪種字符串匹配算法可能是最適合的？（）A.暴力匹配算法，簡(jiǎn)單直接但效率較低，特別是對(duì)于長(zhǎng)文本B.KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法，通過利用模式字符串的自身特征來避免不必要的回溯，提高效率C.BM（Boyer-Moore）算法，從右向左進(jìn)行比較，并根據(jù)壞字符和好后綴規(guī)則進(jìn)行跳躍，通常具有較高的效率D.Rabin-Karp算法，通過計(jì)算字符串的哈希值來進(jìn)行匹配，可能存在哈希沖突22、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法通常用于求解具有最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的問題，以下關(guān)于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的描述，不準(zhǔn)確的是：（）A.動(dòng)態(tài)規(guī)劃通過保存已求解子問題的結(jié)果，避免了重復(fù)計(jì)算B.動(dòng)態(tài)規(guī)劃的求解過程通常按照自底向上或自頂向下的方式進(jìn)行C.動(dòng)態(tài)規(guī)劃一定能找到問題的最優(yōu)解D.所有具有重疊子問題的問題都適合用動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解23、在算法的近似算法中，我們通常在無法找到精確解的情況下尋求接近最優(yōu)解的近似解。假設(shè)我們正在研究一個(gè)使用近似算法解決的問題。以下關(guān)于近似算法的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.近似算法的性能通常用近似比來衡量，近似比越接近1表示算法的性能越好B.有些問題雖然難以找到精確解，但可以通過近似算法在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)得到較好的近似解C.近似算法總是能夠在可接受的誤差范圍內(nèi)找到接近最優(yōu)解的結(jié)果，但不能保證一定能找到最優(yōu)解D.對(duì)于任何問題，只要存在近似算法，就不需要再尋找精確算法，因?yàn)榻扑惴偸歉咝?4、時(shí)間復(fù)雜度為O(n)的算法，其執(zhí)行時(shí)間與輸入規(guī)模n的關(guān)系是（）A.線性增長(zhǎng)B.指數(shù)增長(zhǎng)C.對(duì)數(shù)增長(zhǎng)D.不變25、在算法的穩(wěn)定性分析中，假設(shè)一個(gè)排序算法在對(duì)具有相同值的元素進(jìn)行排序時(shí)，可能會(huì)改變它們的相對(duì)順序。以下哪種情況會(huì)對(duì)算法的應(yīng)用產(chǎn)生較大影響？（）A.對(duì)有序數(shù)據(jù)進(jìn)行再次排序B.處理重復(fù)元素較多的數(shù)據(jù)C.與其他依賴元素順序的算法結(jié)合使用D.以上情況都會(huì)26、假設(shè)正在分析一個(gè)算法的最壞情況復(fù)雜度，如果最壞情況很少發(fā)生，是否可以忽略這種情況？（）A.可以忽略，重點(diǎn)關(guān)注平均情況B.不可以忽略，需要考慮極端情況C.根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景決定D.無法確定27、在圖算法中，深度優(yōu)先搜索（DFS）和廣度優(yōu)先搜索（BFS）是兩種基本的遍歷算法。以下關(guān)于這兩種算法的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.DFS采用遞歸或棧的方式實(shí)現(xiàn)，而BFS采用隊(duì)列的方式實(shí)現(xiàn)B.DFS可能會(huì)陷入深度很深的分支，而BFS能夠保證先訪問距離起始節(jié)點(diǎn)較近的節(jié)點(diǎn)C.對(duì)于無向圖，DFS和BFS都可以用于判斷圖是否連通D.DFS和BFS的時(shí)間復(fù)雜度都與圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和邊的數(shù)量無關(guān)28、以下哪個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以高效地進(jìn)行插入和刪除操作，并且可以快速地找到最小值？（）A.數(shù)組B.鏈表C.棧D.堆29、在圖算法中，深度優(yōu)先搜索（DFS）和廣度優(yōu)先搜索（BFS）是兩種常見的遍歷算法，以下關(guān)于它們的描述，不正確的是：（）A.DFS采用棧來實(shí)現(xiàn)，BFS采用隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)B.DFS適合用于求解是否存在從源點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的路徑，BFS適合用于求解最短路徑問題C.DFS和BFS在遍歷圖時(shí)，訪問節(jié)點(diǎn)的順序是固定的，不受圖的結(jié)構(gòu)影響D.對(duì)于同一幅圖，DFS和BFS得到的遍歷結(jié)果可能不同30、在圖的生成樹算法中，Prim算法和Kruskal算法的主要區(qū)別在于：（）A.Prim算法從一個(gè)頂點(diǎn)開始擴(kuò)展，Kruskal算法基于邊進(jìn)行構(gòu)建B.Prim算法適用于稠密圖，Kruskal算法適用于稀疏圖C.Prim算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，Kruskal算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(mlogm)，其中n是頂點(diǎn)數(shù)，m是邊數(shù)D.以上都是二、分析題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）深入探討貪心算法在最優(yōu)裝載問題中的正確性證明和性能分析。研究不同貪心策略對(duì)結(jié)果的影響，并通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。2、（本題5分）探討一個(gè)用于計(jì)算兩個(gè)字符串之間編輯距離的算法。編輯距離表示將一個(gè)字符串轉(zhuǎn)換為另一個(gè)字符串所需的最少操作（插入、刪除、替換字符）。分析算法的工作原理，計(jì)算其時(shí)間和空間復(fù)雜度，并舉例說明其在文本處理中的應(yīng)用。3、（本題5分）有一個(gè)整數(shù)數(shù)組，設(shè)計(jì)一個(gè)算法找出其中連續(xù)子數(shù)組的乘積最大值。分析算法在數(shù)組規(guī)模較大時(shí)的時(shí)間和空間復(fù)雜度。4、（本題5分）全面剖析迪杰斯特拉算法在求解單源最短路徑問題中的實(shí)現(xiàn)。分析其時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，討論算法的貪心策略和可能的優(yōu)化方法。5、（本題5分）假設(shè)有一個(gè)圖，設(shè)計(jì)算法找出其中的關(guān)鍵路徑（決定整個(gè)項(xiàng)目完成時(shí)