中国科学院大学《计算机算法设计与分析》2021-2022学年第一学期期末试卷

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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15个小题，每小题1分，共15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、在字符串匹配算法中，KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法相比朴素的字符串匹配算法有更高的效率。假设要在一个长文本中查找一个短模式串，以下关于KMP算法的优点，哪个描述是正确的（）A.减少不必要的字符比较B.不需要预处理模式串C.适用于所有类型的字符串D.以上都不对2、假设正在比较两个算法的性能，除了时间复杂度和空间复杂度，还可以考虑哪些因素？（）A.算法的可读性和可维护性B.算法的稳定性和准确性C.算法对不同输入数据的适应性D.以上因素都需要考虑3、在算法的优化中，剪枝是一种常用的技巧。以下关于剪枝的描述，不准确的是：（）A.剪枝通过提前判断某些分支不可能产生最优解，从而避免对这些分支的搜索，提高算法效率B.剪枝可以应用于搜索算法、动态规划等多种算法中C.剪枝的效果取决于问题的性质和剪枝条件的准确性D.剪枝一定会降低算法得到最优解的可能性4、假设要解决一个组合优化问题，已知问题的解空间非常大，无法通过穷举法找到最优解。以下哪种启发式算法可能有助于找到近似最优解？（）A.模拟退火算法B.归并排序算法C.快速排序算法D.冒泡排序算法5、在图算法中，假设要在一个加权有向图中找到从源节点到其他所有节点的最短路径。以下哪种算法通常被用于解决这个问题？（）A.深度优先搜索算法B.广度优先搜索算法C.Dijkstra算法D.Floyd-Warshall算法6、在算法的近似算法中，我们通常在无法找到精确解的情况下寻求接近最优解的近似解。假设我们正在研究一个使用近似算法解决的问题。以下关于近似算法的描述，哪一项是不正确的？（）A.近似算法的性能通常用近似比来衡量，近似比越接近1表示算法的性能越好B.有些问题虽然难以找到精确解，但可以通过近似算法在多项式时间内得到较好的近似解C.近似算法总是能够在可接受的误差范围内找到接近最优解的结果，但不能保证一定能找到最优解D.对于任何问题，只要存在近似算法，就不需要再寻找精确算法，因为近似算法总是更高效7、在算法设计中，NP完全问题是一类具有重要理论和实际意义的问题。以下关于NP完全问题的描述，不正确的是：（）A.NP完全问题是指那些在多项式时间内可以验证一个解是否正确，但在多项式时间内不一定能找到解的问题B.如果一个问题是NP完全问题，那么目前还没有找到多项式时间的算法来解决它C.旅行商问题（TSP）和背包问题都是典型的NP完全问题D.对于NP完全问题，我们可以通过一些启发式算法来找到近似最优解，并且这些近似解的质量可以接近最优解8、当研究回溯法时，假设要解决一个复杂的迷宫问题，从起点开始尝试不同的路径，直到找到终点或者确定没有可行的路径。以下哪种情况可能导致回溯法的搜索空间过大，效率降低？（）A.迷宫的规模非常大B.迷宫中存在大量的死胡同C.可行的路径选择过多D.没有有效的剪枝策略9、在图的最小生成树算法中，Kruskal算法和Prim算法是两种常见的算法。以下关于这两种算法的描述，错误的是：（）A.Kruskal算法通过不断选择权值最小的边，只要不形成环，来构建最小生成树B.Prim算法从一个起始节点开始，逐步扩展生成树，每次选择与生成树相连的权值最小的边C.Kruskal算法的时间复杂度主要取决于边的排序，通常为O(mlogm)，其中m是边的数量D.Prim算法的时间复杂度总是低于Kruskal算法，因此在实际应用中更优10、假设要设计一个算法来判断一个字符串是否是另一个字符串的旋转。例如，"waterbottle"是"erbottlewat"的旋转。以下哪种算法可能是最合适的？（）A.暴力比较所有可能的旋转情况B.先将其中一个字符串加倍，然后在其中查找另一个字符串C.计算两个字符串的哈希值，如果相等则认为是旋转D.递归地将字符串分成两部分，判断是否匹配11、假设正在研究一个动态规划算法的应用，通过保存子问题的解来避免重复计算。以下哪个问题通常可以用动态规划有效地解决？（）A.最长公共子序列问题B.八皇后问题C.汉诺塔问题D.以上问题都不适合用动态规划12、考虑一个在线推荐系统，需要根据用户的历史行为和偏好为其推荐相关的产品或服务。系统需要实时响应用户的操作，并能够处理大量的用户数据和不断变化的用户兴趣。以下哪种算法或技术可能最适合用于实现这个推荐系统？（）A.协同过滤算法，基于用户或物品的相似性进行推荐B.基于内容的推荐算法，根据物品的特征和用户的偏好匹配推荐C.关联规则挖掘算法，发现物品之间的关联关系进行推荐D.以上算法和技术结合使用，以提高推荐的准确性和多样性13、在图算法中，广度优先搜索（Breadth-FirstSearch，BFS）和深度优先搜索（Depth-FirstSearch，DFS）是两种常见的遍历算法。对于BFS算法，以下描述哪一项是不正确的？（）A.使用队列来实现B.可以用于查找图中的最短路径C.访问节点的顺序是按照节点的层次进行的D.对于所有类型的图，BFS的性能都优于DFS14、在研究一个用于在有序数组中进行二分查找的算法变体时，需要对传统的二分查找进行修改以适应特定的条件。例如，当查找元素不存在时返回最接近的元素。以下哪种方法可以有效地实现这个修改？（）A.在二分查找的基础上添加额外的条件判断B.重新设计整个查找逻辑C.先进行二分查找，再进行线性搜索D.以上方法都可行15、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.以上措施综合使用二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）分析快速排序在多核处理器上的并行化策略。2、（本题5分）分析AVL树和红黑树的性能差异。3、（本题5分）简述最短路径算法，如Dijkstra算法和Floyd算法。4、（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）给定一个二叉搜索树和一个目标值，设计算法找出距离目标值最近的节点值。例如，对于特定的二叉搜索树和目标值。详细分析使用中序遍历和二分搜索的方法，计算时间复杂度和空间复杂度，并讨论如何处理平衡和不平衡的二叉搜索树。2、（本题5分）对冒泡排序算法进行优化，如加入标志位判断是否提前结束排序。分析优化后的时间复杂度和空间复杂度，并通过实验数据验证优化效果。3、（本题5分）有一个包含n个元素的数组，每个元素是一个区间的起始值和结束值，设计一个算法合并所有有重叠部分的区间。分析算法的复杂度，并讨论如何有效地判断区间的重叠。4、（本题5分）有一个由任务和它们的优先级、截止时间组成的列表，设计一个算法在满足截止时间的前提下，按照优先级最大化完成任务的价值。分析算法在任务数量和复杂度较高时的性能。5、（本题5分）给定一个二叉树，设计一个算法计算其所有节点的平均深度。分析算法的时间和空间复