中国人民大学《数据科学》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数据科学》2023-2024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15个小题，每小题2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555定时器的脉冲产生电路，输出频率和占空比可调，给出电路原理图和参数计算方法，分析其稳定性和应用场景。2、设计一个简易的数字频率计，能够测量1Hz至100kHz范围内的正弦波、方波和三角波的频率，精度达到0.1%，请详细说明系统设计方案，包括硬件和软件部分。3、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。4、设计一个基于模拟移相器的相位调节系统，能够实现对输入信号相位的连续调节。5、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。6、运用通信网络原理，设计一个企业数据中心的网络布线方案，确保高速、可靠的数据传输。7、设计一个数字电压表校准电路，能够对数字电压表进行校准，提高测量精度。8、设计一个基于无线通信技术的智能农业灌溉控制系统，能够根据土壤湿度和气象条件自动控制灌溉水量和时间。9、设计一个基于FPGA的图像识别系统，能够识别简单的物体和形状，给出硬件设计和算法流程。10、设计一个智能环境监测系统，能够同时监测多种环境参数如温度、湿度、光照、PM2.5等，并进行数据上传和分析，阐述系统的硬件架构和软件功能。11、设计一个光控开关电路，当环境光照强度低于一定值时，自动打开照明设备，当光照强度高于一定值时，自动关闭照明设备。12、利用数字逻辑电路设计一个数据选择器和分配器，能够根据控制信号选择和分配输入数据。13、设计一个温度传感器网络电路，能够将多个温度传感器连接起来，组成一个温度监测系统，并且具有数据传输和显示功能。14、根据传感器原理，设计一个用于工业自动化生产线的物体位置检测系统，能够准确检测物体的位置并反馈给控制系统。15、设计一个卫星导航系统中的卫星轨道参数计算和预测模块，分析轨道精度。二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）解释如何在一个无序数组中查找第k小的元素，给出至少两种算法思路。2、（本题5分）解释如何在一个具有n个顶点的有向图中计算每个顶点的可达顶点集合。3、（本题5分）论述如何在一个带权图中使用贝尔曼-福特算法求解单源最短路径问题。三、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）某电商仓库的库存管理系统需要存储商品的库存信息，包含商品编号、商品名称、库存数量、进货价格、出货价格等。系统要能够快速查询特定商品的库存、按照库存数量对商品进行排序、进行商品的入库和出库操作、修改商品的价格信息。请设计合理的数据结构和算法，并提供代码实现以及性能评估。2、（本题5分）一个在线图书评论系统需要管理图书信息、用户评论和评论的点赞数等。设计一种数据结构来存储这些信息，支持图书的查找、用户评论的添加、删除和修改，以及评论点赞数的更新，并能够根据点赞数对评论进行排序和展示热门评论。3、（本题5分）某社交网络的消息推送系统需要对用户的消息进行管理。消息包括发送者ID、接收者ID、消息内容、发送时间等。这些消息以环形队列的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）按照发送时间顺序推送消息给接收者；（2）用户读取消息后删除已读消息；（3）查询某个用户未读消息的数量；（4）当队列满时，如何处理新的消息。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。4、（本题5分）某在线考试的监考系统需要实时监控考生的答题状态、行为异常和交卷时间。设计合适的数据结构和算法，保障考试的公平公正和顺利进行。5、（本题5分）在一个大型企业的项目管理系统中，需要管理项目信息、任务分配、员工工作进度和项目资源等。设计一种数据结构来存储这些信息，支持项目的创建、修改和删除，任务的分配和跟踪，员工工作进度的更新和项目资源的调配，并能够及时发现项目中的风险和问题。四、设计题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）设计一个算法，用邻接矩阵表示一个无向图，判断图是否为二部图。2