南京师范大学《数据科学与工程引论》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数据科学与工程引论》2023-2024学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分批阅人一、单选题（本大题共20个小题，每小题1分，共20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、平衡二叉树是为了改进二叉搜索树在某些情况下性能不佳而提出的。以下关于平衡二叉树的描述，正确的是（）A.平衡二叉树的左右子树高度差一定不超过1B.插入和删除操作不会破坏平衡二叉树的平衡性C.平衡二叉树的查找效率一定高于二叉搜索树D.所有的平衡二叉树都是完全二叉树2、设计一个太阳能充电控制器，能够对12V的蓄电池进行充电管理，实现过充、过放保护，描述电路原理和控制策略。3、设计一个数字信号处理系统，能够对语音信号进行降噪处理，给出系统的硬件架构和软件算法实现。4、设计一个用于医疗成像设备的信号采集系统，如CT、MRI等，能够实现高速、高精度的数据采集，给出系统架构和接口设计。5、AVL树是一种平衡二叉搜索树。假设我们正在使用一个AVL树。以下关于AVL树的描述，哪一项是不准确的？（）A.AVL树通过旋转操作保持左右子树的高度差不超过1，从而保证平衡B.插入和删除节点后，可能需要进行多次旋转操作来恢复AVL树的平衡C.AVL树的查找、插入和删除操作的时间复杂度在最坏情况下均为O(logn)D.AVL树的空间复杂度比普通二叉搜索树高很多，不适合在内存受限的环境中使用6、设计一个基于PLC的物料混合控制系统，能够按照设定的比例自动混合多种物料。7、设计一个基于微波技术的车载雷达测速系统，能够准确测量车辆行驶速度。8、设计一个基于数字锁相环和频率合成器的通信信号源，产生稳定的、频率可调的通信信号。9、设计一个基于ARM处理器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调节，说明系统架构和通信协议。10、设计一个简单的数字通信系统的同步模块，实现位同步、帧同步等功能，阐述同步模块的设计和性能测试。11、队列可以用于实现广度优先搜索算法，以下关于队列在该算法中的作用，描述不正确的是：（）A.队列用于存储待扩展的节点，按照先进先出的顺序进行扩展B.队列可以保证搜索的广度优先性，即先访问距离起始节点近的节点C.队列在搜索过程中不需要进行任何操作，只在开始和结束时使用D.队列的容量大小对搜索的效率和结果没有影响12、运用集成电路工艺，设计一款用于手机的电源管理芯片，具备充电管理、电量监测和过压保护等功能。13、在数据结构的性能评估中，除了时间复杂度和空间复杂度，平均情况下的性能也是重要的考虑因素。假设一个数据结构在大多数情况下操作效率很高，但在某些特殊输入下性能急剧下降。以下关于这种数据结构的评价，哪个是合理的（）A.是一种优秀的数据结构，因为大多数情况性能好B.不是一种好的数据结构，因为存在性能瓶颈C.需要根据具体应用场景来判断其优劣D.以上评价都不准确14、设计一个基于FPGA的视频图像增强系统，能够对输入的视频图像进行对比度增强、亮度调整等处理。15、二叉树是一种重要的数据结构，具有多种遍历方式。假设存在一个二叉树，其先序遍历的结果是ABDECF，中序遍历的结果是DBEAFC。请问该二叉树的后序遍历结果是什么？（）A.DEBFCAB.DBEFCAC.DEBCFAD.DFEBCA16、设计一个基于光电传感器的自动门控制系统，当检测到有人靠近时自动开门，一段时间后自动关门。17、在排序算法中，冒泡排序是一种简单的排序方法。以下关于冒泡排序的描述，不正确的是（）A.每次比较相邻的两个元素，将较大的元素向后移动B.经过n-1轮比较，就可以将数组排序完成C.冒泡排序的时间复杂度为O(n²)，在所有情况下性能都较差D.冒泡排序是一种稳定的排序算法18、设计一个基于STM32的无人机飞行控制系统，实现姿态稳定、高度控制和航线规划，给出系统组成和控制算法。19、设计一个基于单片机的智能小车控制系统，能够实现小车的自动避障、循迹和远程控制功能。20、设计一个基于ZigBee技术的智能路灯控制系统，能够根据环境光照和时间自动调节路灯亮度。二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）详细阐述如何使用归并排序算法对一个具有n个元素的数组进行排序，给出算法步骤和时间复杂度分析。2、（本题5分）说明在一个具有n个顶点和e条边的带权有向图中，如何使用A*算法进行启发式搜索，并分析算法的性能和适用场景。3、（本题5分）论述在二叉树的序列化和反序列化中，如何将二叉树转换为字符串并恢复。4、（本题5分）详细说明如何在二叉搜索树中查找一个特定的值，以及插入和删除节点的操作过程。5、（本题5分）论述在动态规划的状态定义中，如何准确捕捉问题的本质特征以建立有效的状态转移方程。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）设计一个数据结构和算法，用于存储和管理一个学校图书馆的图书信息，包括书名、作者、ISBN号、馆藏数量等，并实现图书的查找、借阅和归还功能。2、（本题5分）设计一个算法，在一个有向图中找出所有以指定顶点为终点的路径。3、（本题5分）设计一个程序，使用归并排序算法对给定的数组进行排序，输出排序后的数组。4、（本题5分）设计一个程序，在有序数组中进行二分查找的非递归实现，查找特定元素，输出查找结果。5、（本题5分）设计一个程序，使用Kruskal算法构建给定无向图的最小生成树，输出生成树的边。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10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。2、（本题10分）一个健身房的会员管理系统需要存储会员信息，如会员编号、会员姓名、会员类型、会员期限、消费记录等。系统要能够快速查找特定会员、按照消费金额对会员进行排序、新增会员、修改会员信息以及删除会员。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。3、（本题10分）一个在线订餐平台的厨房