西安建筑科技大学华清学院《算法设计与分析》2022-2023学年第一学期期末试卷

学校________________班级____________姓名____________考场____________准考证号学校________________班级____________姓名____________考场____________准考证号…………密…………封…………线…………内…………不…………要…………答…………题…………第1页，共3页西安建筑科技大学华清学院《算法设计与分析》

2022-2023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15个小题，每小题2分，共30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、假设正在研究一个算法的渐近分析，当输入规模趋向无穷大时，以下哪种说法是正确的？（）A.低阶项对时间复杂度的影响可以忽略B.常数因子对时间复杂度的影响很大C.所有项对时间复杂度的影响都相同D.以上说法都不正确2、在图算法中，深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）是两种基本的遍历方法。假设我们正在对一个无向图进行搜索。以下关于DFS和BFS的描述，哪一项是不准确的？（）A.DFS采用深度优先的策略，沿着一条路径尽可能深入地探索，直到无法继续，然后回溯B.BFS则是逐层地访问图中的节点，先访问距离起始节点近的节点，再访问距离远的节点C.DFS和BFS都可以用于判断图是否连通，以及寻找图中的路径D.在任何情况下，DFS的性能都优于BFS，因为它的搜索深度更大3、分治法是一种重要的算法设计策略，以下关于分治法的描述，正确的是：（）A.分治法将一个复杂问题分解成若干个相同规模的子问题，分别求解后再合并结果B.分治法的子问题相互独立，不存在重叠部分C.分治法在解决问题时，每次分解后的子问题规模必须相同D.分治法适用于可以逐步分解为相似子问题，且子问题的解可以合并为原问题解的问题4、在贪心算法的分析中，有时需要证明贪心选择的正确性。以下关于贪心选择正确性证明的描述，不正确的是：（）A.可以通过反证法来证明贪心选择的正确性，假设不采用贪心选择会导致更差的结果B.可以通过数学归纳法来证明贪心选择在每一步都是最优的C.证明贪心选择的正确性只需要考虑当前的选择，不需要考虑后续的步骤D.贪心选择的正确性证明需要结合问题的具体性质和约束条件5、假设正在设计一个物流配送系统的路径规划算法，需要考虑多个配送点的位置、货物数量和车辆的容量限制等因素，以找到最优的配送路线，使得总运输成本最小。在这种情况下，以下哪种算法可能是最有效的选择？（）A.深度优先搜索算法，遍历所有可能的路径B.广度优先搜索算法，逐步扩展搜索范围C.动态规划算法，通过子问题的最优解来求解整体最优解D.贪心算法，每次选择局部最优的决策6、假设正在分析一个递归算法的空间复杂度，该算法在递归过程中会创建多个函数调用帧。如果递归的深度与输入规模n成正比，那么该算法的空间复杂度主要取决于什么？（）A.递归调用的次数B.每次递归调用所使用的局部变量空间C.输入数据的大小D.以上因素综合考虑7、在一个分治算法的应用中，如果子问题的规模较小到一定程度时，不再继续分解，而是直接求解。以下哪种判断子问题规模是否足够小的方法可能是最合理的？（）A.当子问题的元素数量小于某个固定值时B.当子问题的计算复杂度低于某个阈值时C.当子问题的规模与原始问题的规模比例小于一定值时D.随机决定是否继续分解子问题8、在一个图的最短路径问题中，如果图的边权值都是正数，并且需要快速找到从源点到所有其他节点的最短路径，以下哪种算法可能是最适合的？（）A.Dijkstra算法，通过贪心策略逐步确定最短路径B.Bellman-Ford算法，能处理负权边，但在正权图中效率不如Dijkstra算法C.Floyd-Warshall算法，能计算所有节点对之间的最短路径，但对于单个源点的问题效率较低D.A*算法，结合启发式信息，适用于特定场景下的最优路径查找9、在研究分治算法时，需要将一个大问题分解为多个较小的、相似的子问题，并分别解决这些子问题，然后将结果合并。假设要计算一个大规模矩阵的乘法，以下哪种基于分治思想的算法可能适用？（）A.普通的矩阵乘法算法B.Strassen矩阵乘法算法C.高斯消元法D.以上算法都不适用10、在算法分析中，时间复杂度和空间复杂度是两个重要的概念。以下关于时间复杂度的描述，哪一项是不准确的？（）A.时间复杂度用于衡量算法运行所需的时间与输入规模之间的关系B.常见的时间复杂度有O(1)、O(n)、O(nlogn)、O(n^2)等C.一个算法的时间复杂度越低，其运行效率就越高D.时间复杂度只考虑算法在最坏情况下的运行时间，不考虑平均情况和最好情况11、在一个矩阵运算问题中，需要计算两个矩阵的乘积。考虑到算法的效率和空间复杂度，以下哪种算法可能是最有效的？（）A.直接按照矩阵乘法的定义进行计算，时间复杂度较高B.采用分治法，将矩阵分成小块进行计算，然后合并结果C.利用Strassen算法，通过减少乘法次数来提高效率，但计算过程较复杂D.先将矩阵进行转置，然后再进行乘法运算，可能会提高效率12、对于排序算法，考虑快速排序在对一个几乎有序的数组进行排序时。以下哪种改进措施可能会显著提高快速排序的性能？（）A.选择中间元素作为基准B.采用插入排序对小规模子数组进行排序C.增加随机化选择基准的步骤D.以上措施综合使用13、在算法设计中，递归算法有时可以使问题的解决更加简洁。但是，递归算法也存在一些缺点，以下哪一项不属于递归算法的缺点？（）A.可能会导致栈溢出错误B.执行效率通常比非递归算法低C.代码的可读性较差D.对于一些问题，可能难以找到有效的递归终止条件14、在动态规划算法的应用中，以下关于最优子结构性质的描述哪一项是不正确的？（）A.问题的最优解包含了子问题的最优解B.通过求解子问题的最优解可以得到原问题的最优解C.最优子结构性质是动态规划算法能够有效解决问题的关键D.只要问题具有最优子结构性质，就一定可以使用动态规划算法求解15、动态规划是另一种重要的算法设计策略，它通过将问题分解为子问题并保存子问题的解来避免重复计算。以下关于动态规划的说法中，错误的是：动态规划通常适用于具有最优子结构和子问题重叠性质的问题。动态规划的时间复杂度和空间复杂度可能较高。那么，下列关于动态规划的说法错误的是（）A.动态规划可以通过自顶向下或自底向上的方式实现B.动态规划的解一定是全局最优解C.动态规划需要确定状态转移方程和边界条件D.动态规划在解决某些问题时比贪心算法更有效二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）简述贪心算法在机器学习中的特征选择应用及局限性。2、（本题5分）分析快速排序在处理稀疏数据时的性能特点。3、（本题5分）分析在物流配送中的路径规划算法。三、分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）给定一个矩阵，其中每个元素都是整数，设计算法找出矩阵中的最大子矩阵和，即元素之和最大的子矩阵。例如，对于一个3x3的矩阵，分析使用暴力枚举、动态规划等方法的解题思路，计算它们的时间复杂度和空间复杂度，并讨论如何改进算法以应对大规模矩阵。2、（本题5分）假设要在一个整数数组中找出两个数，使得它们的差的绝对值最小。设计一个算法，并分析其时间和空间复杂度，同时考虑数组元素的分布情况对算法的影响。3、（本题5分）有一个有向图，顶点表示城市，边表示城市之间的道路，边有权值表示行驶时间。设计一个算法找出从起始城市到目标城市的最短行驶时间路径。分析算法在图规模较大时的时间和空间复杂度。4、（本题5分）给定一个字符串和一个模式字符串，设计一个算法进行通配符匹配，其中模式字符串中可以包含'*'表示任意字符序列（包括空字符序列）和'?'表示任意单个字符。分析算法的时间和空间复杂度，并讨论如何处理复杂的通配符模式。5、（本题5分）分析一个用于求解最优二叉搜索树问题的动态规划算法。解释最优二叉搜索树的定义和特点，描