常州大学怀德学院《数据结构与算法分析》2021-2022学年第一学期期末试卷

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2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、在数据结构的优化中，利用缓存局部性原理可以提高性能。以下关于缓存局部性原理的描述，错误的是：（）A.时间局部性指的是最近被访问过的数据在不久的将来很可能再次被访问B.空间局部性指的是相邻的数据很可能在短时间内被一起访问C.利用缓存局部性原理可以通过合理的数据布局和访问顺序来提高缓存命中率D.缓存局部性原理只适用于硬件层面的优化，对软件中的数据结构设计没有影响2、堆是一种特殊的树形数据结构，常用于实现优先队列。以下关于堆的描述，错误的是：（）A.大顶堆中每个节点的值都大于或等于其子节点的值，小顶堆则相反B.可以用数组来实现堆，通过计算索引可以方便地进行堆的操作C.堆排序利用堆的特性，将数组构建成堆，然后依次取出堆顶元素得到排序结果D.堆的插入和删除操作的时间复杂度都为O(logn)，且堆的空间复杂度总是高于其他线性数据结构3、队列可以用于实现广度优先遍历算法。在广度优先遍历中，以下关于队列的使用描述错误的是（）A.从起始节点开始，将其入队B.每次取出队头节点，并将其未访问的邻接节点入队C.直到队列为空，遍历结束D.队列中的节点顺序与遍历顺序无关4、在数据结构的学习中，实践是非常重要的。以下关于数据结构实践的描述，错误的是：（）A.通过实际编程实现数据结构可以加深对其理解B.可以通过解决实际问题来应用所学的数据结构知识C.实践只需要在电脑上完成，不需要在现实场景中思考D.实践过程中可以发现数据结构的优点和不足5、设计一个电子秤数据加密电路，能够对电子秤的测量数据进行加密，保证数据的安全性。6、设计一个音频分频器电路，将音频信号分为高音、中音和低音，给出电路结构和元件参数计算。7、设计一个通信系统中的调制解调器，能够实现对模拟信号的数字化调制（如ASK、FSK、PSK）和相应的解调功能，并分析其性能。8、设计一个数字频率合成器电路，能够产生不同频率的正弦波、方波和三角波，频率范围为1Hz到10MHz。9、设计一个简单的无线充电器，能够为手机等设备进行无线充电，给出充电器的电路原理和设计参数。10、设计一个数字电压表，能够测量直流电压和交流电压，精度和量程满足一定要求，提供电路设计和误差分析。11、设计一个基于运算放大器的电压比较器电路，能够比较两个输入电压的大小，并输出相应的高低电平信号。12、设计一个智能电表的通信接口电路，能够与上位机进行数据通信，包括接口类型选择和电路设计。13、考虑哈希冲突的解决方法，开放定址法和链地址法是常见的策略。假设一个哈希表的负载较高，容易发生冲突。以下哪种方法在这种情况下可能表现更好（）A.开放定址法B.链地址法C.两种方法效果相同D.无法确定14、运用电子信息工程知识，设计一个智能充电桩的计费和管理系统，支持多种支付方式和用户管理。15、设计一个智能安防监控系统，能够实现视频监控、入侵检测和报警功能，给出系统的硬件架构和软件实现方案。16、设计一个基于FPGA的图像边缘检测系统，能够对输入的灰度图像进行边缘检测，并输出边缘图像。17、设计一个数字温度计电路，能够测量人体温度，精度要求在±0.1℃以内，并且具有报警功能。18、设计一个高频开关电源，输出电压为24V/10A，效率不低于85%，给出拓扑结构选择和元件参数计算。19、设计一个基于FPGA的高速数据采集与存储系统，能够实现对高速信号的采集和大容量数据存储。20、假设在一个在线游戏的多人对战匹配系统中，需要根据玩家的等级和技能水平进行快速匹配，以保证游戏的公平性和趣味性。为了实现高效的匹配过程，以下哪种数据结构和算法可能会被运用？（）A.快速排序结合二分查找B.冒泡排序结合线性搜索C.归并排序结合哈希表D.桶排序结合双向链表21、设计一个基于蓝牙模块的智能体重秤，能够测量体重、体脂率、肌肉量等身体指标，并将数据上传至云端。22、设计一个数字图像处理中的图像压缩质量评估系统，包括客观和主观评估指标的测量。23、设计一个简单的直流稳压电源，输出电压为5V和12V可选，最大输出电流为1A，纹波电压小于50mV。24、设计一个5V转3.3V的DC-DC降压电源模块，输出电流不小于1A，效率达到80%以上，给出原理图和PCB设计。25、设计一个通信系统中的数字调制与解调电路，支持ASK、FSK、PSK等调制方式，能够对输入的数字信号进行调制，并准确解调恢复出原始信号，详细说明设计方案和实现过程。二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）阐述在无向图中，如何使用普里姆算法和克鲁斯卡尔算法构建最小生成树，比较两种算法的特点和适用情况。2、（本题5分）详细阐述归并排序算法的思想和步骤，并说明其时间复杂度和空间复杂度。3、（本题5分）论述伸展树在并发环境下的应用挑战和解决方法。4、（本题5分）解释如何使用桶排序对一定范围内的整数进行排序，分析其适用场景和局限性。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）设计一个程序，利用数组实现堆排序的非递归并行版本，提高排序效率并展示过程和结果。2、（本题5分）设计一个基于线段树的数据结构，实现区间查询和更新操作。3、（本题5分）基于树状数组和线段树的组合，设计一个程序，实现对一个二维整数矩阵的区域求和和更新操作。4、（本题5分）使用链表和Prim算法，设计一个程序，为一个农业灌溉系统规划水管铺设路线，使灌溉面积最大且成本最低。5、（本题5分）设计一个程序，使用伸展树实现动态集合的插入、删除和查找操作，输出操作结果。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一个图书馆的读者借阅管理系统需要存储读者的借阅信息，包括读者编号、读者姓名、借阅图书编号、借阅日期、应还日期等。系统要支持快速查找读者的借阅记录、按照应还日期对借阅记录进行排序、新增借阅、归还图书操作。请设计合适的数据结构和算法，并给出代码实现和性能评估。2、（本题10分）一个学校的实验室设备管理系统需要存储设备的信息，如设备编号、设备名称、设备类型、购买日期、使用状态等。系统要支持快速查找特定设备、按照购买日期对设备进行排序、新增设备、维修设备、报废设备。请确定恰当的数据结构，并详细阐述算法和