湖北商贸学院《数据结构与算法（基于Python）》2022-2023学年第一学期期末试卷

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《数据结构与算法（基于Python）》2022-2023学年第一学期期末试卷院(系)_______班级_______学号_______姓名_______题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题2分，共40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、在数据结构的研究中，算法分析是重要的环节。以下关于算法分析方法的描述，错误的是：（）A.可以通过数学推导计算算法的时间复杂度和空间复杂度B.可以通过实验测试来评估算法在不同规模输入下的性能C.算法分析只需要关注平均情况，不需要考虑最坏情况D.可以通过对比不同算法的性能来选择最优算法2、设计一个数字温度计液位计无线传输与远程监测电路，能够将温度和液位数据通过无线方式传输到远程监控中心进行实时监测。3、对于一个需要快速判断两个字符串是否相似（例如编辑距离较小）的数据结构问题。以下哪种数据结构和算法的结合可能是有效的？（）A.哈希表和字符串比较B.后缀树和字符串匹配C.二叉搜索树和字符串遍历D.堆和字符串排序4、设计一个基于运算放大器的电压跟随器电路，具有高输入阻抗和低输出阻抗特性。5、设计一个数字电压表电路，能够测量直流电压，测量范围为0V到100V，精度为±0.1V。6、选择排序也是一种基本的排序算法。以下关于选择排序的描述，错误的是（）A.每一轮从待排序序列中选择最小的元素，放到已排序序列的末尾B.选择排序的时间复杂度为O(n²)，但在某些情况下比冒泡排序性能好C.选择排序是一种不稳定的排序算法D.选择排序不需要额外的存储空间，空间复杂度为O(1)7、设计一个简单的机器人手臂控制系统，能够实现多个关节的运动控制，包括电机驱动和位置反馈控制，阐述控制算法和系统实现。8、在一个多线程环境中，多个线程需要同时访问和修改一个共享的数据结构。为了保证数据的一致性和线程安全，以下哪种数据结构可能是最合适的？（）A.线程安全的链表，通过加锁机制保证并发访问的正确性B.普通的数组，需要额外的同步机制来保证线程安全C.线程安全的哈希表，提供了内置的同步机制D.树，结构复杂，线程安全实现难度较大9、运用电子电路知识，设计一个用于风力发电的变流器控制系统，实现电能的转换和稳定输出。10、设计一个音频滤波器扩展电路，能够增加滤波器的滤波类型和频率范围，并且具有自动调节功能。11、运用电子信息工程知识，设计一个智能电网的监控与管理系统，实现电力参数监测、故障诊断和远程控制。12、基于通信中的编码调制技术设计一个高效的数字通信系统，提高频谱利用率和传输速率。13、设计一个数字音频处理中的音频均衡器参数自动调整系统，分析调整效果。14、设计一个图像处理中的边缘检测算法，并在实际图像上进行测试和优化，分析算法的复杂度和准确性。15、设计一个无线遥控器智能学习电路，能够学习其他遥控器的编码，实现一个遥控器控制多个设备。16、在一个算法中，需要快速找到一组数中的最大值和最小值。以下哪种数据结构和算法的组合能够以最少的比较次数完成这个任务？（）A.有序数组和遍历B.链表和遍历C.二叉搜索树和中序遍历D.堆和堆操作17、设计一个可编程逻辑器件（PLD）实现的简单数字逻辑功能，如加法器、计数器等，进行功能验证和性能评估。18、设计一个数字频率计多功能显示电路，能够同时显示频率、周期、占空比等参数，并且具有图形显示功能。19、设计一个基于单片机的智能灌溉控制器，能够根据土壤湿度和作物需水规律自动控制灌溉水量和时间。20、设计一个高速串行通信系统，采用PCIe接口，传输速率达到10Gbps，说明硬件实现和协议栈。二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）对于一个用哈希表存储的字符串集合，解释如何进行字符串的插入、查找和删除操作，并分析其平均时间复杂度。2、（本题5分）详细说明如何在一个二叉搜索树中进行范围删除操作，给出算法步骤和实现代码，并分析其时间复杂度。3、（本题5分）详细说明选择排序算法中选择最小元素的过程和时间复杂度。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，使用堆结构实现一个优先队列，支持按照自定义的优先级规则进行元素插入和删除。2、（本题5分）设计一个程序，比较不同排序算法在处理大规模数据时的时间和空间复杂度。3、（本题5分）设计一个算法，判断给定的带权有向图是否存在负权回路，如果存在，输出回路的路径。4、（本题5分）设计一个基于链表的数据结构，用于存储学生的成绩信息，包括学号、姓名和成绩，实现添加、删除、查找和修改学生成绩的功能。5、（本题5分）设计一个哈希表程序，支持哈希表的键值对的动态类型转换功能。四、综合题（本大题共2个小题，共20分)1、（本题10分）一个在线游戏的玩家信息管理系统需要存储玩家的信息，如玩家编号、玩家昵称、游戏等级、游戏积分、在线状态等。系统要实现快速查找特定玩家、按照游戏积分对玩家进行排名、新增玩家、删除玩家以及更新玩家的在线状态和游戏等级。请确定合适的数据结构，并详细说明算法和代码实现，同时讨论性能优化策略。2、（本题10分）一个在线游戏的排行榜系统需要对玩家的