烟台大学《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题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25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FPGA的图像压缩系统，实现JPEG压缩算法，给出硬件设计和资源占用情况。2、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。3、根据通信原理，设计一个无线传感器网络的时间同步协议，确保节点之间的时间一致性。4、设计一个基于数字锁相环的时钟同步系统，能够使多个设备的时钟保持同步，分析其同步精度和稳定性。5、设计一个简单的语音识别系统，能够识别特定的语音指令，并执行相应的操作，说明系统架构和算法实现。6、设计一个数字音频处理系统，能够实现音频的采集、编码、存储和播放，具备一定的音频特效处理功能。7、设计一个通信系统中的卷积编码和解码电路，分析其纠错性能和对系统误码率的改善效果。8、设计一个数字电压表，测量范围为0至200V，采用分压电阻实现，精度为1V，说明硬件电路和软件算法。9、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。10、在图的遍历算法中，深度优先搜索和广度优先搜索是两种常见的方法。以下关于这两种算法的描述，正确的是：（）A.深度优先搜索总是先访问距离起始节点最近的未访问节点B.广度优先搜索使用栈来保存待访问节点，深度优先搜索使用队列C.对于同一个图和起始节点，深度优先搜索和广度优先搜索得到的遍历结果一定不同D.深度优先搜索适合用于查找图中的连通分量，广度优先搜索适合用于求解最短路径问题11、设计一个数字信号处理中FFT算法的硬件加速方案，采用FPGA或专用芯片实现，提高运算速度。12、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13、设计一个具有自动切换功能的电源系统，能够在市电和备用电源之间自动切换，保证设备的正常供电，包括电路设计和控制逻辑。14、设计一个基于PLC的电梯控制系统，实现电梯的上升、下降、停靠、开门、关门等逻辑控制和安全保护功能。15、设计一个数字音频处理中的音频特效生成和控制模块，分析特效的多样性和可控性。16、设计一个简单的数字时钟电路，能够显示小时、分钟和秒，具有校时功能，使用数码管或液晶显示屏进行显示，同时阐述其工作原理和主要元器件的选择。17、考虑一个在线游戏中的玩家对战匹配系统，需要根据玩家的等级和等待时间来进行匹配。以下哪种数据结构可以高效地实现这个匹配过程？（）A.优先队列，按照等级和等待时间排序B.数组，随机选择匹配对象C.链表，逐个比较进行匹配D.二叉树，根据等级划分存储18、在树的遍历中，如果需要按照层次从上到下、从左到右的顺序访问节点，应该使用哪种遍历方式（）A.先序遍历B.中序遍历C.后序遍历D.层次遍历19、设计一个基于编码器和驱动器的伺服电机控制系统，实现高精度的位置和速度控制。20、对于一个需要频繁合并和拆分的数据集合，假设我们正在设计一个数据库的存储结构。以下哪种数据结构可能比较合适？（）A.链表B.数组C.树D.哈希表21、在数据结构的应用场景中，假设我们正在开发一个在线图书馆管理系统，需要高效地存储和检索大量的图书信息，包括书名、作者、出版年份、分类等。为了能够快速根据书名或作者查找特定的图书，同时能够方便地按照出版年份进行排序和浏览，以下哪种数据结构最适合用于存储这些图书数据？（）A.数组B.链表C.二叉搜索树D.哈希表22、设计一个红外遥控系统，能够通过遥控器对设备进行开、关、音量调节等操作，遥控距离不小于5米。23、考虑一个物流配送系统，需要根据客户的地址和订单需求规划最优的配送路线。同时，要能够实时更新路况信息，并重新计算最优路线。在这种情况下，以下哪种数据结构和算法的组合最适合解决这个问题？（）A.迪杰斯特拉算法和邻接表B.弗洛伊德算法和矩阵C.广度优先搜索算法和链表D.深度优先搜索算法和栈24、堆是一种特殊的数据结构，常用于实现优先队列。关于堆的性质和操作，以下描述哪一项是不正确的？（）A.堆分为最大堆和最小堆，最大堆中父节点的值大于子节点的值，最小堆中父节点的值小于子节点的值B.可以使用数组来实现堆，通过特定的公式计算节点的位置C.向堆中插入一个元素和删除堆顶元素的时间复杂度均为O(logn)，其中n是堆中元素的数量D.堆排序是基于堆的一种排序算法，其时间复杂度为O(n^2)25、当处理一个动态增长和收缩的数据集合时，例如一个不断有元素插入和删除的集合，以下哪种数据结构在空间利用和操作效率上可能表现更优（）A.数组B.链表C.哈希表D.二叉搜索树二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）数组的切片操作是如何实现的？有哪些注意事项？2、（本题5分）解释如何在一个二叉搜索树中查找第k大的元素，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）解释字符串匹配的常见算法，如暴力匹配算法、KMP算法，分析它们的时间复杂度和改进思路。4、（本题5分）详细说明在哈夫曼编码中，如何根据字符出现的频率构建最优编码，以及如何解码压缩后的文件。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）设计一个数据结构和算法，用于存储和管理一个学校图书馆的图书信息，包括书名、作者、ISBN号、馆藏数量等，并实现图书的查找、借阅和归还功能。2、（本题5分）设计一个程序，使用选择排序算法对一个队列进行排序。3、（本题5分）设计一个程序，使用堆结构实现对一组项目按照紧急程度和资源消耗进行优先级排序。4、（本题5分）设计一个二叉树的遍历程序，包括前序、中序和后序遍历，能够输入一棵二叉树的节点信息，输出相应的遍历结果。5、（本题5分）设计一个程序，使用链表实现栈和队列的混合数据结构，支持特定的操作需求。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）某医院的药品库存管理系统需要存储药品信息，如药品编号、药品名称、药品规格、库存数量、有效期等。系统要能够快速查找特定药品、按照库存数量对药品进行排序、进行药品的入库和出库操作、提醒即将过期药品。请设计合理的数据结构和算法，并提供代码实现和性能分析。2、（本题10分）一家快递公司需要管理大量的快递包裹信息，包括包裹单号、发件人信息、收件人信息、重量、运输状态等。请设计合适的数据结构来存储这些包裹数