武汉大学《数据科学与智能技术概论》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数据科学与智能技术概论》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25个小题，每小题1分，共25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、基于通信纠错编码和交织技术设计一个抗衰落通信系统，提高在恶劣信道条件下的数据传输可靠性。2、运用通信网络原理，设计一个物流配送中心的货物跟踪系统的网络方案，实时掌握货物位置和状态。3、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4、在选择合适的数据结构时，需要考虑多种因素。以下关于数据结构选择的考虑因素，哪一项是不正确的？（）A.数据的规模和操作的频繁程度会影响数据结构的选择B.对数据的访问方式（如随机访问、顺序访问）也是选择的重要因素C.空间效率通常比时间效率更重要，应优先考虑节省存储空间D.数据结构的可扩展性和灵活性在某些情况下也需要纳入考虑5、设计一个简单的步进电机驱动器，能够实现电机的精确控制和调速，包括驱动电路和控制程序的设计。6、设计一个数字电路中的状态机实现数据的加密和解密功能，分析加密强度和效率。7、设计一个数字信号传输中的同步恢复电路，能够从接收信号中准确恢复出同步信息，分析恢复的精度和稳定性。8、设计一个用于工业机器人的运动控制系统，能够实现点位控制、轨迹规划和速度控制，说明控制算法和驱动器选型。9、设计一个基于STM32微控制器的电机调速系统，支持PWM调速和闭环控制，实现对直流电机或步进电机的精确调速，提供控制算法和程序框架。10、设计一个数字频率计，采用等精度测量法，测量范围为10Hz至100MHz，给出系统方案和误差分析。11、设计一个基于蓝牙技术的无线数据传输系统，实现短距离设备之间的数据通信，给出系统的硬件和软件设计。12、假设正在开发一个文件压缩软件，需要对文件中的重复数据进行识别和压缩。为了有效地查找和处理重复的数据段，以下哪种数据结构可能是最关键的？（）A.并查集，用于合并重复的数据段B.线段树，统计数据段的出现频率C.字典，存储已经出现过的数据段D.拓扑排序，确定数据段的处理顺序13、设计一个简单的电力线通信系统，能够在电力线上实现数据传输，包括调制解调电路和通信协议。14、设计一个提高通信系统信道容量的方案，考虑采用新的技术和方法，评估方案的可行性和有效性。15、假设正在设计一个网络数据包过滤系统，需要根据数据包的源地址、目的地址、协议类型等信息进行快速的过滤和处理。以下哪种数据结构和算法的组合最适合实现数据包的高效过滤？（）A.决策树和分类算法B.位图和位运算C.图和最短路径算法D.数组和遍历算法16、设计一个基于Wi-Fi的智能家居网关，能够实现不同智能家居设备之间的互联互通和集中控制。17、设计一个红外遥控系统，能够通过遥控器对设备进行开、关、音量调节等操作，遥控距离不小于5米。18、设计一个基于FPGA的高速数据存储系统，支持SATA或NVMe接口，给出硬件设计和性能测试。19、在一个需要对一组数据进行去重操作的场景中，以下哪种数据结构可以有效地实现这个功能？（）A.集合，自动去除重复元素B.数组，需要额外的算法进行去重C.链表，去重操作复杂且效率低D.栈，不适合进行去重操作20、设计一个卫星导航系统的接收模块，能够接收并解析卫星信号，计算定位信息，评估定位精度。21、在一个具有n个节点的二叉树中，度为0的节点（即叶子节点）数量为n0，度为2的节点数量为n2，则n0和n2之间存在什么样的关系？（）A.n0=n2-1B.n0=n2+1C.n0=2n2D.n0=n222、设计一个基于数字电路的交通信号灯控制系统，要求能够实现红、绿、黄三种灯的交替闪烁，并且可以根据不同时间段调整信号灯的工作模式。23、设计一个基于运算放大器的比较器阵列电路，能够同时比较多个输入信号的大小。24、在数据结构的实际应用中，优先队列常用于处理具有优先级的任务。以下关于优先队列的实现方式，错误的是：（）A.可以用堆来实现优先队列，插入和删除操作的时间复杂度都较低B.可以用有序数组来实现优先队列，但插入操作的时间复杂度较高C.可以用无序数组来实现优先队列，查找最大（或最小）元素的时间复杂度为O(1)D.无论采用哪种数据结构实现优先队列，其性能都相同25、对于一个需要快速计算一个字符串的所有子串的问题，以下哪种数据结构和算法的组合可能是最有效的？（）A.后缀数组和相关算法B.前缀树和遍历C.链表和字符串操作D.数组和循环二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）论述如何使用回溯法解决数独问题，给出算法的核心思想和步骤。2、（本题5分）论述在一个具有n个元素的链表中，如何实现链表的复制操作。3、（本题5分）在数据结构中，阐述如何使用斐波那契堆进行优先队列操作，给出算法步骤和实现代码，并分析其性能优势。4、（本题5分）详细阐述在最短路径问题中，如何处理负权边，以及相关算法的调整和适用情况。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）设计一个程序，使用基数排序算法对一个图的顶点编号进行排序。2、（本题5分）设计一个程序，使用AC自动机处理多个模式字符串在给定文本中的匹配，输出匹配位置。3、（本题5分）设计一个算法，利用哈希表存储网站的域名和IP地址，实现域名的快速解析。4、（本题5分）设计一个程序，利用数组实现快速排序的随机化版本，提高排序效率并展示过程和结果。5、（本题5分）设计一个算法，在一个带权有向图中找出权值最小的环。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一个在线点餐系统需要记录菜品信息和订单信息。菜品包括菜品ID、菜品名称、价格、图片、描述等，订单包括订单ID、用户ID、菜品列表、总价、下单时间等。设计数据结构来存储这些数据，能够快速查询菜品、生成订单、更新订单状态，并统计每种菜品的销售数量。2、（本题10分）一个在线游戏的组队系统需要对玩家的组队信息进行管理。组队信息包括队伍编号、队员列表、队伍状态等。这些信息以稀疏矩阵的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）查询某个队伍的队员信息；（2）玩家加入或退出队伍时更新矩阵；（3）按