西安交通大学《数据结构与算法》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《数据结构与算法》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、设计一个基于DSP的音频降噪系统，能够有效降低环境噪声，给出算法实现和效果评估。2、在链表这种数据结构中，节点通过指针相互连接。假设需要频繁地在链表的头部或中间插入和删除元素。以下哪种链表结构可能是最合适的选择（）A.单向链表B.双向链表C.循环链表D.静态链表3、在一个实时数据处理系统中，需要不断地接收新的数据，并在固定的时间间隔内计算数据的平均值、中位数和标准差等统计信息。为了高效地完成这些计算，以下哪种数据结构可能是最合适的？（）A.双端队列，存储最新的数据B.优先队列，快速获取最大和最小数据C.循环队列，实现数据的轮转存储D.有序数组，便于进行统计计算4、设计一个基于蓝牙Mesh网络的智能家居控制系统，实现多个设备的协同控制，描述网络架构和控制策略。5、设计一个基于数字信号处理器（DSP）的音频均衡器，能够对不同频段的音频信号进行增益调节。6、在图的存储结构中，邻接多重表主要用于解决邻接表在某些操作上的不便。假设需要频繁地判断两个顶点之间是否存在边，以下关于邻接多重表的特点，哪个是相关的优势（）A.节省存储空间B.便于边的删除和插入C.快速判断边的存在性D.以上都不是7、设计一个基于STM8的智能风扇控制系统，能够根据环境温度自动调节风扇转速，阐述系统组成和控制策略。8、设计一个基于PLC的物料混合控制系统，能够按照设定的比例自动混合多种物料。9、使用单片机设计一个智能温度控制系统，能够根据设定温度自动控制加热或制冷设备，保证环境温度稳定在一定范围内。10、设计一个用于工业机器人视觉引导的图像处理系统，能够实现工件识别和定位，给出系统硬件和软件设计。11、设计一个高通滤波器电路，截止频率为500Hz，通带波纹小于0.5dB，阻带衰减不小于30dB，输入信号频率范围为0-1kHz。12、设计一个简单的光电编码器接口电路，能够准确读取编码器的输出信号，用于位置测量，阐述电路原理和接口程序。13、根据电子电路原理，设计一个用于太阳能发电系统的最大功率点跟踪（MPPT）控制器，提高太阳能的利用效率。14、设计一个基于模拟开关和运放的音频混音系统，实现多个音频信号的混合输出。15、设计一个具有自动增益控制功能的放大器，能够根据输入信号的幅度自动调整增益，给出电路设计和性能测试报告。16、设计一个基于无线通信技术的智能农业环境监测与灌溉控制系统，实现精准农业管理。17、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实时边缘检测，采用Sobel算子，给出硬件架构和Verilog代码实现。18、基于通信纠错编码和交织技术设计一个抗衰落通信系统，提高在恶劣信道条件下的数据传输可靠性。19、对于一个具有n个元素的有序数组，采用二分查找算法查找一个特定元素，其最坏情况下的比较次数为（）A.log₂nB.nC.n/2D.log₂n-120、当需要构建一个能够表示家族关系的树形数据结构时，假设每个节点代表一个家庭成员，并且需要方便地查找某个成员的祖先和后代。以下哪种树形结构最合适？（）A.二叉树B.二叉搜索树C.多叉树D.红黑树二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）阐述如何在一个二叉树中进行先序遍历的非递归实现，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。2、（本题5分）详细说明并比较各种字符串匹配算法（如朴素匹配算法、KMP算法和BM算法）的思想、步骤和效率。3、（本题5分）详细论述树和二叉树的区别与联系，举例说明如何将一棵树转换为二叉树。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）设计一个数据结构，用于存储餐厅的菜单信息，包括菜品名称、价格、食材等，支持菜品的更新和查询。2、（本题5分）设计一个程序，计算给定有向图中每个顶点的强连通分量大小，输出大小。3、（本题5分）设计一个程序，使用循环队列存储医院的挂号信息，实现挂号的排队和叫号功能。4、（本题5分）设计一个基于伸展树的存储结构来存储音乐文件信息，实现文件的添加、删除和按播放时长查询操作。5、（本题5分）设计一个算法，利用链表实现一个队列，模拟超市收银台的排队情况。四、综合题（本大题共2个小题，共20分)1、（本题10分）某在线教育平台需要对课程的章节内容和学生的学习进度进行管理。课程信息包括课程编号、章节标题、内容、学习进度等，学生信息包括学生编号、学习的课程等。这些信息以块状链表的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）查询某个学生在某门课程中的学习进度；（2）更新学生的学习进度；（3）按照学习进度对学生进行排序；（4）统计某门课程的学习完成率。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。2、（本题10分）一个视频网站需要对用户的观看历史和偏好进行分析，以提供个性化的推荐。用户的观看历史以