华东师范大学《数据科学与工程导论》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《数据科学与工程导论》2021-2022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一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20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、想象一个地图应用，需要存储不同地点之间的距离信息，并能够快速找到两个地点之间的最短路径。以下哪种数据结构和算法的组合可能是最有效的？（）A.邻接矩阵结合深度优先搜索算法，能表示完整的图结构，但对于大规模图效率较低B.邻接表结合广度优先搜索算法，节省空间，适合查找最短路径C.十字链表结合迪杰斯特拉算法，结构复杂，实现难度大D.哈希图结合A*算法，适用于复杂的启发式搜索，但对简单地图可能过于复杂2、设计一个基于FPGA的数字信号滤波系统，支持在线参数调整和实时滤波，给出硬件设计和滤波算法优化。3、在一个需要对一组数据进行去重操作的场景中，以下哪种数据结构可以有效地实现这个功能？（）A.集合，自动去除重复元素B.数组，需要额外的算法进行去重C.链表，去重操作复杂且效率低D.栈，不适合进行去重操作4、设计一个基于ARM处理器的智能家居控制系统，能够实现对灯光、窗帘、空调等设备的远程控制和智能调节，说明系统架构和通信协议。5、设计一个高频射频收发器电路，工作频率在2.4GHz，支持蓝牙和ZigBee通信，给出电路结构和性能指标。6、设计一个数字图像处理中基于深度学习的图像去噪系统，分析去噪效果和模型复杂度。7、设计一个简单的太阳能路灯控制器，能够根据日照时间和环境亮度自动控制路灯的开启和关闭。8、假设正在实现一个电话号码簿程序，需要快速根据姓名查找对应的电话号码。以下哪种数据结构和算法的组合可能是最有效的？（）A.二叉搜索树，进行姓名查找B.冒泡排序后的数组，顺序查找C.哈希表，直接定位电话号码D.插入排序后的数组，二分查找9、在一个循环队列中，队头指针指向队头元素的前一个位置，队尾指针指向队尾元素。假设队列的最大容量为10，当前队头指针为5，队尾指针为8。此时，如果进行入队操作，新元素应该存储在哪个位置？（）A.9B.0C.8D.710、设计一个基于数字逻辑的交通灯倒计时显示系统，能够实时显示每个信号灯的剩余时间。11、在一个用邻接表表示的无向图中，要判断两个顶点之间是否存在边，时间复杂度为（）A.O(1)B.O(n)C.O(log₂n)D.取决于顶点的度数12、设计一个简单的无线数据传输系统，采用Zigbee技术，实现多个节点之间的通信，描述系统的硬件组成和软件流程。13、设计一个音频功率放大器的保护电路，能够在过流、过压、过热等情况下保护放大器和扬声器，给出电路设计和保护机制。14、设计一个基于模拟比较器的电压监测系统，当输入电压超过设定的上下限时进行报警。15、插入排序也是一种常见的排序算法。以下关于插入排序的叙述，不正确的是：（）A.插入排序将待排序的元素插入到已排序的部分中合适的位置B.插入排序在平均情况下的时间复杂度为O(n^2)C.插入排序是一种不稳定的排序算法D.插入排序对于小规模数据的排序效果较好16、设计一个基于蓝牙5.2技术的智能手环，具备健康监测、运动追踪和消息提醒功能。17、在排序算法的比较中，稳定性是一个重要的特性。以下关于排序算法稳定性的描述，错误的是（）A.稳定的排序算法在排序过程中不会改变相同元素的相对顺序B.冒泡排序、插入排序和归并排序是稳定的排序算法C.选择排序和快速排序是不稳定的排序算法D.排序算法的稳定性对于所有应用都是至关重要的，不稳定的算法不能使用18、设计一个简单的直流稳压电源，输出电压为+5V、+12V和-12V，最大输出电流为1A，电压调整率小于1%，负载调整率小于5%。19、设计一个基于STM8的智能车库门控制系统，能够实现自动开关、遥控和防夹功能，阐述系统组成和控制策略。20、冒泡排序是一种简单的排序算法。假设我们正在使用冒泡排序对数组进行排序。以下关于冒泡排序的描述，哪一项是不准确的？（）A.冒泡排序通过反复比较相邻元素并交换位置，将最大的元素逐步“浮”到数组的末尾B.冒泡排序在最坏情况下的时间复杂度为O(n^2)，但在最好情况下可以达到O(n)C.冒泡排序是一种稳定的排序算法，相同元素的相对顺序在排序后不会改变D.冒泡排序的性能优于其他所有排序算法，适用于各种规模的数据排序二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细解释在一个具有n个元素的二叉树中，如何进行按层遍历的广度优先搜索的非递归实现。2、（本题5分）简述哈希表的哈希函数设计原则，包括均匀性、高效性等方面。3、（本题5分）深入分析在一个具有n个元素的链表中，如何在链表中查找指定值的前一个节点。4、（本题5分）解释如何对一个无序数组进行堆排序，给出算法步骤和实现代码，并分析其时间复杂度和空间复杂度。5、（本题5分）解释线段树在处理动态区间问题时的适应性和局限性。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，从给定的顺序表中删除一个元素，输出删除后的顺序表。2、（本题5分）设计一个程序，使用快速排序算法对一个无向图的边进行排序。3、（本题5分）设计一个程序，使用二叉树的层次遍历算法，输出给定二叉树每层节点的值。4、（本题5分）设计一个程序，在二叉搜索树中删除一个具有两个子节点的节点，保持树的结构。5、（本题5分）分析在字符串匹配中，结合多种算法提高匹配效率的设计方案。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一个在线图书馆的借阅管理系统需要记录图书信息、读者信息和借阅记录，图书信息包括图书ISBN、书名、作者、出版社、可借阅状态，读者信息包括读者ID、姓名、联系方式，借阅记录包括借阅ID、读者ID、图书ISBN、借阅时间、应还时间。请设计数据结构来管理借阅数据，实现图书的借阅、归还、续借操作，查询读者的借阅历史，并统计逾期未还的图书。2、（本题10分）某公司的员工信息（包括员工编号、姓名、年龄、部门、工资等）以哈希表的形式存储。由于公司规模扩大，员工数量急剧增加，导致哈希冲突频繁。请提出改进方案，重新设计哈希函数和解决冲突的方法，并分析改进后的时间复杂度和空间复杂度。同时，实现以下功能：（1）查找特定员工