江西工业职业技术学院《数据科学与应用》2023-2024学年第一学期期末试卷

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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ZigBee技术的智能农业环境监测系统，能够实时监测土壤湿度、温度、酸碱度等参数。2、归并排序是一种基于分治思想的排序算法。以下关于归并排序的描述，不正确的是（）A.将数组不断分成两半，分别排序后再合并B.归并排序的时间复杂度始终为O(nlog₂n)C.归并排序是一种稳定的排序算法D.归并排序的空间复杂度较高，为O(n)3、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。4、设计一个基于无线通信技术的智能环境监测站，能够监测温度、湿度、气压、风速等多种环境参数。5、设计一个太阳能路灯控制器智能管理与节能优化电路，能够实现路灯的智能管理和节能优化，提高能源利用效率。6、设计一个数字存储示波器触发与存储优化电路，能够提高示波器的触发准确性和存储效率。7、设计一个高频射频放大器电路，工作频率在5GHz，增益大于20dB，给出电路结构和稳定性分析。8、在树型数据结构中，二叉树是一种重要的类型。关于二叉树的性质，以下正确的是：（）A.一棵深度为k的满二叉树，其节点总数为2^k-1B.二叉树的中序遍历结果是节点值的升序排列（假设节点值为整数）C.任何一棵二叉树，其叶子节点数一定等于度为2的节点数加1D.二叉树的前序遍历和后序遍历结果一定不同9、设计一个电子秤数据传输与加密电路，能够将电子秤的测量数据安全地传输到其他设备，并进行加密保护。10、利用数字电路技术，设计一个自动售货机的控制系统，实现商品选择、支付和出货功能。11、设计一个基于FPGA的图像增强系统，能够对图像进行对比度增强、亮度调整等操作。12、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13、设计一个基于运算放大器的积分器电路，积分时间常数可调，输入信号频率范围为0-100Hz。14、利用通信原理知识，设计一个无线数据传输系统，能够在一定距离内稳定传输数字信号，具备抗干扰和纠错能力，且传输速率达到特定要求。15、考虑一个在线游戏排行榜系统，需要实时更新玩家的得分和排名，并能够快速地获取前几名玩家的信息。对于这样的需求，以下哪种数据结构和算法的结合是最恰当的？（）A.快速排序和数组，实现得分排序和排名更新B.归并排序和链表，处理玩家得分数据C.插入排序和栈，更新玩家排名D.堆排序和优先队列，高效维护排行榜16、设计一个基于单片机的智能家居控制系统，能够实现对灯光、窗帘、空调等设备的远程控制和智能管理。17、在图这种数据结构中，邻接矩阵和邻接表是两种常见的存储方式。假设一个图的顶点数量很多，但边的数量相对较少。为了节省存储空间，以下哪种存储方式可能更优（）A.邻接矩阵B.邻接表C.十字链表D.都一样，没有区别18、设计一个基于霍尔效应的磁场测量仪，能够测量0-1T的磁场强度，精度达到0.01T。19、对于一个顺序存储的线性表，要在表头插入一个新元素，需要移动的元素个数为？（）A.0B.1C.nD.n-120、设计一个基于单片机的智能家电控制系统，能够通过手机APP远程控制家电的开关和工作模式。21、根据传感器原理，设计一个用于气象监测的风速风向测量系统，能够实时准确地测量风速和风向。22、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23、在数据结构的选择中，需要根据具体的应用场景和性能要求进行决策。假设我们要设计一个数据存储方案。以下关于数据结构选择的描述，哪一项是不准确的？（）A.如果需要频繁进行插入和删除操作，且对查找效率要求不高，可以选择链表B.如果数据量较大且需要高效的查找和排序，二叉搜索树是一个较好的选择C.对于需要支持范围查询的数据，B+树通常比二叉搜索树更合适D.无论什么情况，选择数据结构时只考虑操作的时间复杂度，不需要考虑空间复杂度24、设计一个基于ZigBee技术的智能电表抄表系统，实现远程自动抄表和数据统计分析。25、设计一个音频功率放大器的散热系统，保证放大器在高功率输出时的稳定工作，给出散热系统的设计和热分析。26、根据传感器技术，设计一个用于农业温室的环境参数监测系统，包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等。27、使用集成电路设计一个ADC转换器，给出转换精度、速度和功耗等性能指标，并进行电路实现。28、图的广度优先搜索使用队列来实现，在搜索过程中，以下哪个操作是关键的？（）A.入队未访问的邻接顶点B.出队当前顶点C.标记已访问的顶点D.以上操作都很关键29、设计一个基于单片机的智能门禁系统，能够通过指纹识别、密码输入或刷卡方式进行身份验证，控制门的开关。30、字符串在计算机程序中经常被处理，也有相应的数据结构和操作。以下关于字符串的存储和操作，错误的是：（）A.字符串可以采用定长数组存储，也可以采用动态分配的字符指针存储B.字符串的比较操作可以逐个字符比较，也可以使用库函数直接比较C.字符串的拼接操作通常需要重新分配内存空间，以容纳拼接后的结果D.字符串的查找操作只能从字符串的开头开始，不能从中间位置开始二、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一个健身房管理系统需要记录会员的信息、锻炼计划、课程预约和消费记录。设计数据结构来优化会员管理和服务提供。2、（本题5分）一个学校的教材管理系统需要存储教材的信息，包括教材编号、教材名称、作者、出版社、库存数量、已预订数量等。系统要支持快速查找特定教材、按照库存数量对教材进行排序、新增教材采购、修改预订数量、删除不再使用的教材。请确定恰当的数据结构，并详细阐述算法和代码实现，以及性能优化策略。3、（本题5分）在一个在线游戏中，玩家的角色信息需要被实时更新和存储。角色信息包括角色ID、角色名、等级、经验值、装备列表、技能列表等。设计一种数据结构来存储这些角色数据，以便能够快速查询角色的详细信息、按照等级进行排序、更新角色的经验值和装备，并处理多个玩家同时进行的操作。4、（本题5分）一个视频网站需要对用户的观看历史和偏好进行分析，以提供个性化的推荐。用户的观看历史以字典树的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）根据用户的观看历史推荐相关视频；（2）统计用户观看某类视频的次数；（3）更新用户的观看历史；（4）处理大量用户数据时，如何优化字典树的存储和查询效率。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。5、（本题5分）某城市的公共自行车租赁管理系统需要存储自行车的信息，如自行车编号、租赁点编号、是否可用、租赁时间、归还时间等。系统要能够快速查找可用自行车、按照租赁时间对自行车进行排序、记录自行车的租赁和归还操作、统计租赁次数。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。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）解释如何对一个数组进行快速选择操作（如选择第k大的元素），给出算法步骤和实现代码，并分析其平均时间复杂度。2、（本题5分）深入解释在具有n个顶点的带权有向图中，如何使用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法求解单源最短路径，并分析其时间复杂度和空间复杂度。3、（本题5分）论述如何在一个有向图中计算强连通分量，给出具体的算法步骤。4、（本题5分）论述在广度优