中国科学院大学《计算机算法与分析》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《计算机算法与分析》2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分一、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、在图的存储结构中，邻接矩阵和邻接表各有优缺点，以下关于它们的描述，错误的是：（）A.邻接矩阵适合存储稠密图，邻接表适合存储稀疏图B.对于无向图，邻接矩阵的空间复杂度为O(n^2)，邻接表的空间复杂度为O(n+e)，其中n是顶点数，e是边数C.使用邻接矩阵判断两个顶点之间是否存在边的时间复杂度为O(1)，使用邻接表的时间复杂度为O(n)D.在进行图的遍历操作时，邻接矩阵的效率总是高于邻接表2、在分析一个算法的时间复杂度时，如果算法的执行时间与输入规模n的关系为T(n)=n^2+3n+5，那么该算法的渐近时间复杂度是多少？（）A.O(n)B.O(n^2)C.O(n^3)D.O(1)3、在算法的稳定性方面，冒泡排序是一种稳定的排序算法。这意味着在排序过程中（）A.相同元素的相对顺序不会改变B.排序速度较快C.不需要额外的存储空间D.以上都不是4、对于字符串匹配算法，KMP算法相比朴素的字符串匹配算法有很大的改进，以下关于KMP算法的描述，不正确的是：（）A.KMP算法通过利用已经匹配的部分信息，减少不必要的回溯B.KMP算法的时间复杂度在最坏情况下为O(m+n)，其中m和n分别是主串和模式串的长度C.计算KMP算法中的next数组是其核心步骤，且计算过程比较复杂D.KMP算法在任何情况下都比其他字符串匹配算法效率高5、在一个大规模的数据集中，需要查找出现频率最高的前K个元素。如果数据量非常大，内存无法一次性容纳所有数据，以下哪种算法或数据结构可能是最合适的解决方案？（）A.使用冒泡排序对所有数据进行排序，然后选取前K个元素B.构建一个最大堆，每次取出堆顶元素，重复K次C.利用哈希表统计元素出现的频率，然后通过快速排序对频率进行排序，选取前K个D.将数据分成多个小块，在每个小块中找出前K个元素，然后合并这些结果6、假设要设计一个算法来找出一个数组中的第二大元素。以下哪种算法可能是最合适的？（）A.先排序，然后取第二个元素，但排序的时间复杂度较高B.遍历数组两次，第一次找出最大元素，第二次找出第二大元素C.维护两个变量，分别存储最大和第二大元素，在遍历中更新D.使用递归的方式，将数组分成两半，分别找出各自的最大和第二大元素，然后合并结果7、在贪心算法中，局部最优选择不一定能导致全局最优解。假设要在有限的预算内购买商品，使总价值最大，以下哪种情况贪心算法可能得不到最优解（）A.商品价格固定，价值不同B.商品价格和价值成比例C.商品存在组合优惠D.以上情况贪心算法都能得到最优解8、假设要对一个未排序的整数数组进行排序，数组的规模较大。如果要求排序算法的空间复杂度尽可能低，以下哪种排序算法可能是最合适的？（）A.归并排序B.快速排序C.冒泡排序D.插入排序9、在算法的空间复杂度分析中，假设一个算法在处理一个规模为n的输入时，需要额外使用一个大小为nlogn的辅助数组。以下哪个是该算法的空间复杂度？（）A.O(n)B.O(logn)C.O(nlogn)D.O(n^2)10、在贪心算法的应用中，以下关于贪心选择性质的描述哪一项是不正确的？（）A.每一步做出的局部最优选择最终能导致全局最优解B.贪心选择不需要考虑后续步骤的影响C.贪心选择是基于当前的信息做出的D.贪心算法在所有情况下都能保证得到最优解11、对于分治法，考虑一个大型数组需要进行排序的情况。如果我们将数组不断地分割成较小的子数组并分别排序，最后合并这些已排序的子数组。以下哪种情况可能导致分治法在这种排序问题上效率不高？（）A.子数组的规模差异过大B.合并操作的复杂度较高C.数组元素的分布极不均匀D.递归调用的开销过大12、在一个分治算法中，将问题分解为多个子问题进行求解，然后合并子问题的解得到原问题的解。如果子问题的规模相等，且合并子问题解的时间复杂度为线性，那么该分治算法的时间复杂度通常可以通过哪种方法来分析？（）A.递归关系式B.主定理C.归纳法D.反证法13、考虑一个用于解决背包问题的近似算法，它能在较短时间内给出一个接近最优解的结果。以下关于近似算法的优点，哪个是正确的（）A.一定能得到最优解B.计算速度快C.复杂度低D.以上都是14、在贪心算法和动态规划算法的比较中，假设要解决一个资源分配问题。以下哪种情况下动态规划算法更有可能得到最优解？（）A.问题具有最优子结构性质B.问题的阶段划分不明显C.贪心选择策略不明显D.以上情况都有可能15、算法的时间复杂度通常用大O记号表示，它描述了算法运行时间随输入规模的增长趋势。以下关于时间复杂度的说法中，错误的是：时间复杂度越低的算法，在实际运行中一定比时间复杂度高的算法快。不同的算法可能具有相同的时间复杂度，但实际运行效率可能不同。那么，下列关于时间复杂度的说法错误的是（）A.常见的时间复杂度有O(1)、O(n)、O(n²)等B.算法的时间复杂度只考虑最坏情况下的运行时间C.对于大规模输入，时间复杂度低的算法更具优势D.时间复杂度可以通过分析算法的执行步骤来确定16、一个图的最小生成树问题，需要找到连接图中所有节点且边权总和最小的子图。以下哪种算法常用于求解最小生成树问题？（）A.Prim算法B.匈牙利算法C.A*算法D.蚁群算法17、在分析一个算法的最坏时间复杂度时，如果无论输入如何，算法的执行时间都不会超过某个上限，那么这种算法被称为什么？（）A.最优算法B.确定性算法C.amortized算法D.稳定算法18、在一个贪心算法的应用中，虽然每次选择都看似是当前最优的，但最终得到的结果却不是全局最优解。这可能是因为贪心算法没有考虑到以下哪个因素？（）A.未来的选择和影响B.数据的分布情况C.算法的时间复杂度D.算法的空间复杂度19、想象一个需要对一个平衡二叉树进行插入操作的情况。以下哪种方法可能是最有效的保持树的平衡？（）A.每次插入后进行自顶向下的调整，通过旋转操作保持平衡B.先插入，然后在需要时进行自底向上的调整和旋转C.插入后重建整个平衡二叉树D.不进行任何调整，允许树暂时失去平衡，在后续操作中再处理20、在算法的复杂度分析中，大O记号用于表示算法的上界。假设一个算法的时间复杂度为O(n^2+nlogn)，随着n的增大，其主要的增长项是（）A.n^2B.nlognC.两者增长速度相同D.无法确定二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）解释在环境监测中的数据分析算法。2、（本题5分）解释插入排序对近乎逆序数组的处理性能。3、（本题5分）简述快速排序的随机化版本及其优势。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）编写一个算法，实现贪心算法求解最优前缀码问题。2、（本题5分）设计一个算法，判断一个二叉树是否为满二叉树。3、（本题5分）设计算法计算两个整数的最大公约数。4、（本题5分）设计算法计算给定二叉树的所有路径和。5、（本题5分）设计一个算法，找出一个二叉树中所有满足某条件的节点（如值为奇数的节点）。四、分析题（本大题共2个小题，共20分)1、（本题10分）给