中国地质大学（武汉）《数据结构与算法分析》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《数据结构与算法分析》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、设计一个基于ADC和微控制器的温度采集与报警系统，当温度超过设定阈值时发出声光报警信号。2、在一个需要对大量整数进行排序的场景中，如果内存空间有限，不能一次性容纳所有数据，以下哪种排序算法可能是最合适的？（）A.冒泡排序，简单但效率低，不适合大数据量B.快速排序，通常在内存中进行，不适合内存受限情况C.归并排序，可以采用外部排序的方式处理大数据量D.插入排序，适用于少量数据，不适合大规模数据3、在排序算法中，选择排序是一种简单的排序方法，以下关于选择排序的描述，正确的是：（）A.选择排序在每一轮选择未排序部分的最小元素，与当前位置的元素交换B.选择排序在最好和最坏情况下的时间复杂度都是O(nlogn)C.选择排序是一种稳定的排序算法，不会改变相同元素的相对顺序D.选择排序的空间复杂度较高，需要额外的大量辅助空间4、设计一个基于ZigBee技术的智能温室控制系统，能够调节温室内的温度、湿度、光照和二氧化碳浓度。5、设计一个基于蓝牙模块和手机应用的智能家居遥控器，实现对家居设备的远程控制。6、在选择合适的数据结构时，需要考虑多种因素。以下关于数据结构选择的考虑因素，哪一项是不正确的？（）A.数据的规模和操作的频繁程度会影响数据结构的选择B.对数据的访问方式（如随机访问、顺序访问）也是选择的重要因素C.空间效率通常比时间效率更重要，应优先考虑节省存储空间D.数据结构的可扩展性和灵活性在某些情况下也需要纳入考虑7、设计一个±12V转±5V的DC-DC电源转换电路，输出电流不小于0.5A，给出原理图和PCB布线。8、在一个数据库系统的缓冲区管理中，需要有效地存储和替换缓冲区内的数据页，以提高数据库的访问性能。以下哪种数据结构和算法常用于缓冲区的管理？（）A.LRU（最近最少使用）算法和链表B.FIFO（先进先出）算法和队列C.MRU（最近最多使用）算法和栈D.Random（随机）算法和数组9、设计一个电子血压计电路，能够测量人体血压，测量精度为±3mmHg，并且具有显示和存储功能。10、在数据结构中，排序算法是非常重要的一部分。冒泡排序是一种简单的排序算法，它通过反复比较相邻的元素并交换位置来将数组排序。对于一个包含n个元素的数组，冒泡排序的最坏时间复杂度为：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(logn)11、根据数字信号处理知识，设计一个音频回声消除系统，消除语音通信中的回声干扰。12、设计一个卫星通信系统中的雨衰补偿电路，提高系统在恶劣天气条件下的通信性能。13、根据通信原理，设计一个短波通信系统，能够在远距离通信中保证信号的可靠传输。14、并查集是一种用于处理集合合并和查询的数据结构。对于并查集的操作，以下描述哪一项是不正确的？（）A.可以快速判断两个元素是否属于同一个集合B.合并两个集合的操作时间复杂度为O(n)，其中n是集合中的元素数量C.通过路径压缩和按秩合并等优化方法可以提高并查集的效率D.并查集常用于解决图的连通性问题和动态集合管理问题15、设计一个基于FPGA的图像锐化系统，能够增强图像的边缘和细节，说明算法和硬件实现。16、设计一个基于数字滤波器和单片机的电机噪声抑制系统，降低电机运行时的噪声。17、利用电力电子技术设计一个充电桩控制系统，实现对电动汽车的充电管理和保护功能。18、AVL树是一种平衡二叉搜索树。关于AVL树的特点，以下描述哪一项是不正确的？（）A.AVL树通过旋转操作来保持树的平衡，左右子树的高度差不超过1B.在AVL树中进行插入和删除操作后，需要通过调整来恢复平衡，时间复杂度为O(logn)C.AVL树的查找效率在最坏情况下也能保证为O(logn)D.AVL树的空间复杂度比普通二叉搜索树高，不适合存储大量数据19、设计一个基于ZigBee的智能路灯节能系统，能够根据道路上的行人和车辆情况自动调节路灯亮度，实现节能效果。20、设计一个基于STM32的无刷直流电机驱动系统，采用FOC控制算法，实现精确调速和位置控制，给出系统组成和软件流程。21、设计一个基于数字电位器和运放的音频增益自动调节系统，根据输入信号强度自动调整增益。22、设计一个基于ADC和微控制器的气体浓度检测系统，能够检测多种常见气体（如CO、CO₂、CH₄等）的浓度。23、运用电子信息工程知识，设计一个汽车电子防盗系统，具备车辆定位、远程锁车和报警等功能。24、设计一个LED点阵显示屏电路，能够显示文字和图形，显示颜色为红色和绿色。25、利用电力电子技术设计一个电动汽车电池管理系统，实现电池状态监测和充放电控制。26、使用单片机设计一个智能安防系统，能够检测入侵、火灾等异常情况，并及时发出警报和通知用户。27、设计一个基于51单片机的电子时钟，具有时分秒显示、设置和闹钟功能，给出硬件电路和程序代码。28、假设要实现一个LRU（LeastRecentlyUsed）缓存，当缓存满时，删除最近最少使用的元素。以下哪种数据结构可以有效地实现这个功能？（）A.数组结合链表，通过移动链表节点来标记使用频率B.哈希表结合双向链表，能够快速查找和调整元素顺序C.栈，后进先出，无法体现使用频率D.队列，先进先出，不能区分元素的使用频率29、设计一个基于单片机的温度控制系统，能够实时监测环境温度，并通过控制加热或制冷设备将温度稳定在设定值的±1℃范围内。30、在数据结构的应用中，文件操作也是一个重要方面。以下关于数据结构与文件操作的描述，不正确的是：（）A.可以将数据结构中的数据存储到文件中，以便长期保存和后续使用B.在从文件中读取数据并构建数据结构时，需要考虑数据的格式和转换C.对于大型文件，可以采用分块读取和处理的方式，避免一次性将全部数据读入内存D.文件操作与数据结构的选择和使用无关，只需要关注文件的读写方法和权限二、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）某公司的会议安排管理系统需要存储会议的信息，如会议编号、会议主题、会议时间、参会人员、会议室编号等。系统要能够快速查找特定会议、按照会议时间对会议进行排序、新增会议安排、修改会议信息、取消会议。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5分）一个大型企业的人力资源管理系统需要对员工的绩效评估和培训记录进行管理。员工信息包括员工编号、姓名、绩效评估、培训课程等。这些信息以优先队列的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）按照绩效评估得分对员工进行排序；（2）为绩效优秀的员工安排优先培训课程；（3）删除离职员工的信息；（4）统计参加过特定培训课程的员工人数。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。3、（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。4、（本题5分）一个在线论坛需要管理帖子、回复、用户信息和板块分类等。设计一种数据结构来存储这些信息，支持帖子的发布、删除、查找和排序，回复的管理，用户信息的存储和权限设置，以及板块的分类和管理，并能够实现热门帖子和最新回复的展示。5、（本题5分）某航空公司的订票系统需要对航班信息和乘客订票情况进行管理。航班信息包括航班号、起降时间、起降地点、座位数量等，乘客订票信息包括乘客姓名、身份证号、航班号、座位号等。这些信息以哈希表和链表的组合形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）查询某个航班的剩余座位数量；（2）为乘客预订指定航班的座位；（3）取消乘客的订票；（4）统计每个航班的订票人数。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细论述在利用二叉搜索树进行删除操作时，若删除的节点有两个子节点，如何选择替代节点并保持树的性质。2、（本题5分）解释什么是跳表的空间复杂度和查找效率。3、（本题5分）解释在一个带权有向图中，如何使用迪杰斯特拉算法求解单源最短路径问题。4、（本题5分）解释在链