西南交通大学《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30个小题，每小题1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、对于一个用链表表示的队列，若队头指针为front，队尾指针为rear，在进行入队操作时，新节点应插入在？（）A.front之前B.rear之后C.front和rear之间D.任意位置2、设计一个基于D/A转换器的正弦波信号发生器电路，输出频率范围为10Hz-10kHz，幅度可调，失真度小于5%。3、设计一个红外线测距电路，能够测量物体与传感器之间的距离，测量范围为10cm到100cm，精度为±1cm。4、在排序算法中，冒泡排序是一种简单的排序方法。假设一个数组的初始状态接近有序，以下关于冒泡排序的性能，哪个描述是准确的（）A.时间复杂度仍然是O(n^2)，效率低下B.时间复杂度接近O(n)，性能较好C.会自动转换为更高效的排序算法D.无法确定其性能5、运用通信网络技术，设计一个企业内部局域网，满足多台计算机之间的高速数据传输和资源共享需求。6、设计一个基于霍尔传感器的电流测量电路，能够测量0-10A的直流电流，精度达到0.1A。7、根据数字信号处理知识，设计一个音频均衡器的自动调整系统，根据音频内容自动优化频率响应。8、运用电子信息工程知识，设计一个智能交通信号灯自适应控制系统，根据实时交通流量调整信号灯时间。9、考虑一个文本编辑程序，需要实现撤销和重做的功能。以下哪种数据结构最适合用于存储操作的历史记录，以支持高效的撤销和重做操作？（）A.队列B.栈C.链表D.树10、设计一个无线通信模块低功耗电路，能够降低无线通信模块的功耗，延长电池寿命。11、设计一个基于传感器网络的工业生产监测系统，能够实时监测设备运行状态和生产参数，实现故障预警。12、设计一个简单的电力线通信系统，能够在电力线上实现数据传输，包括调制解调电路和通信协议。13、设计一个集成电路制造工艺中的离子注入工艺参数优化方案，提高注入的均匀性和准确性。14、假设要实现一个高效的缓存淘汰策略，除了LRU之外，还有一种常见的策略是FIFO（FirstInFirstOut）。以下哪种数据结构可以方便地实现FIFO策略？（）A.队列，先进先出的特性符合FIFO要求B.栈，后进先出，不符合FIFO策略C.堆，用于优先级排序，不适合FIFOD.链表，需要额外的逻辑来实现FIFO15、在一个分布式系统中，需要对各个节点的数据进行同步和合并。以下哪种数据结构适合用于表示和处理这种分布式的数据？（）A.树B.图C.链表D.数组16、设计一个简单的图像采集系统，使用CMOS图像传感器采集图像，并通过USB接口将图像数据传输到计算机进行显示和存储。17、图是一种复杂的数据结构，在图的存储方式中，邻接矩阵和邻接表是常见的方法。以下关于邻接矩阵存储的描述，错误的是（）A.适合存储稠密图B.存储空间复杂度为O(V^2)，其中V是顶点数C.可以快速判断任意两个顶点之间是否有边D.对于边数较少的图，存储效率较高18、利用电力电子技术设计一个电动汽车充电桩的功率模块，实现高效充电和电能转换。19、考虑一个任务调度系统，有多个任务按照优先级和提交时间进行调度执行。以下哪种数据结构可以有效地管理这些任务，并保证高优先级或早提交的任务先执行？（）A.优先队列，根据优先级和时间排序B.数组，通过索引访问任务C.链表，按照提交顺序存储任务D.栈，先进后出执行任务20、假设要实现一个缓存系统，当缓存满时需要删除最近最少使用的元素。以下哪种数据结构可以有效地支持这种操作？（）A.链表B.哈希表C.栈D.LRU缓存（使用双向链表和哈希表）21、哈希表是一种通过哈希函数实现快速查找的数据结构。以下关于哈希表的描述，错误的是：（）A.哈希函数将关键字映射到哈希表中的某个位置，理想情况下不同的关键字应该映射到不同的位置B.处理哈希冲突的方法有开放寻址法和链地址法，链地址法通过在冲突位置建立链表来存储冲突元素C.哈希表的查找、插入和删除操作的平均时间复杂度都可以达到O(1)，但在最坏情况下可能会退化为O(n)D.哈希表的性能只取决于哈希函数的设计，与处理冲突的方法和表的装填因子无关22、考虑一个在线游戏的玩家排行榜系统，需要根据玩家的得分实时更新排名，并且能够快速获取前几名的玩家信息。以下哪种数据结构和算法的组合可能是最合适的？（）A.用数组存储玩家信息，每次更新进行全排序B.构建大根堆来存储玩家得分，便于获取前几名C.利用链表存储，通过比较逐个更新排名D.使用二叉搜索树，根据得分进行排序和查找23、设计一个简单的无线遥控系统，控制距离不小于50米，能够实现对多个设备的开关控制，说明系统组成和编码方式。24、设计一个基于光电编码器的电机位置测量系统，能够精确测量电机的转动角度和位置。25、设计一个基于数字温度传感器的温度控制系统，通过控制加热或制冷设备，使环境温度保持在设定范围内。26、设计一个基于ARMCortex-M7的电机驱动控制器，支持无刷直流电机和永磁同步电机，给出控制算法和硬件接口。27、设计一个基于物联网技术的智能停车场管理系统，能够实现车位检测、车辆引导和收费管理等功能。28、设计一个音频放大器功率扩展电路，能够增加放大器的输出功率，满足更大功率的音频播放需求。29、当使用树这种数据结构来存储和组织数据时，二叉搜索树是一种常见的类型。假设要在二叉搜索树中快速查找一个特定的值，以下关于二叉搜索树的性质，哪个是关键的（）A.左子树的值都小于根节点，右子树的值都大于根节点B.每个节点的度不超过2C.树的高度是固定的D.节点的值是随机分布的30、运用通信网络技术，设计一个智能工厂的工业以太网网络架构，满足生产设备的高速通信和协同工作需求。二、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个电影票务系统需要存储电影场次信息，如场次编号、电影名称、放映时间、影厅号、剩余座位数等。系统要能够快速查找特定场次、按照剩余座位数对场次进行排序、新增场次、删除已结束场次以及修改场次的剩余座位数。请选择恰当的数据结构，并详细阐述实现这些功能的算法和代码，以及对系统性能的影响。2、（本题5分）一个在线音乐平台的歌单管理系统需要对用户创建的歌单和歌曲信息进行管理。歌单信息包括歌单编号、名称、歌曲列表等，歌曲信息包括歌曲ID、名称、歌手等。这些信息以邻接多重表的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）查询某个歌单中的歌曲；（2）向歌单中添加或删除歌曲；（3）合并两个歌单；（4）统计用户创建的歌单数量。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。3、（本题5分）某公司的员工管理系统需要存储员工的基本信息，如员工编号、姓名、年龄、职位、工资等。系统要能够快速查找特定员工的信息、按照工资高低对员工进行排序、新增和删除员工记录，并且支持对员工信息的修改。请确定合适的数据结构，并详细阐述如何实现这些功能，包括算法设计和代码实现，以及对性能的分析。4、（本题5分）某在线音乐教学平台需要记录课程信息、学生信息、学习进度、作业完成情况等。设计数据结构来支持教学过程的管理，实现课程安排、学生学习情况跟踪、作业批改和成绩统计，能够为学生提供个性化的学习方案。5、（本题5分）在一个大型企业的项目管理系统中，需要记录项目信息、任务分配和进度情况。项目信息包括项目ID、项目名称、负责人、开始时间、结束时间，任务分配包括任务ID、项目ID、责任人、任务描述，进度情况包括任务ID、完成百分比、更新时间。请设计数据结构来管理项目数据，实现项目的查询、任务的跟踪、进度的更新，并生成项目进度报告。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）阐述如何判断一棵二叉树是否为完全二叉树，分析判断的思路和时间复杂度。2、（本题5分）论述在Trie树中，如何节省存储空间，例如采用压缩存储或节点合并等方法。3、（本题5分）解释如何在一个二叉搜索树中实现迭代器，使得能够按照中序遍历的顺序访问节点，给出算法步骤和实现代码，并分析其时间复杂度。4、（本题5分）在一个具有n个节点的二叉树中，如何计算树的高度，给出递归和非递归两种算法的实现思路和时