西北师范大学《数据结构实验W》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、设计一个数字图像处理中的图像分割算法，如阈值分割或区域生长分割，在实际图像上进行测试和优化。2、设计一个基于无线通信技术的智能农业灌溉控制系统，根据土壤湿度和气象条件自动控制灌溉。3、设计一个音频混音器，能够将多个音频输入信号进行混合，并调节各通道的音量，给出电路设计和混音算法。4、设计一个基于PLC的自动化立体仓库堆垛机控制系统，实现堆垛机的水平和垂直运动控制。5、设计一个音频滤波器扩展电路，能够增加滤波器的滤波类型和频率范围，并且具有自动调节功能。6、设计一个简单的无线传感器网络的网关设备，实现传感器节点数据的汇聚和转发，描述网关的硬件结构和软件功能。7、设计一个基于FPGA的数字频率合成器，输出频率稳定度优于10^-6，相位噪声低于-100dBc/Hz@1kHz。8、在一个社交网络分析程序中，需要表示用户之间的关注关系，并能够快速地找出某个用户的直接关注者和被关注者，以及计算用户之间的最短路径。以下哪种数据结构最适合用于构建这样的社交网络模型？（）A.邻接矩阵，直观表示节点之间的连接关系B.邻接表，节省存储空间并支持快速遍历C.十字链表，便于双向操作和动态修改D.双向链表，方便查找前后节点的关系9、设计一个基于PLC的热电厂锅炉控制系统，实现对锅炉水位、蒸汽压力、温度等参数的自动控制。10、设计一个基于蓝牙的无线键盘，实现按键输入的无线传输和与计算机的连接，描述硬件和软件设计。11、设计一个基于图像传感器的车牌识别系统，能够自动识别车牌号码，并将识别结果进行输出和存储。12、运用电子信息工程知识，设计一个智能交通管理系统，包括交通信号灯控制、车辆流量监测和违章抓拍等功能。13、设计一个基于数字信号处理器（DSP）的音频处理系统，能够实现音频滤波、降噪和均衡等功能，提供算法实现和代码优化思路。14、设计一个音频放大器失真补偿电路，能够对放大器的失真进行补偿，提高音频质量。15、在数据结构的优化中，利用缓存局部性原理可以提高性能。以下关于缓存局部性原理的描述，错误的是：（）A.时间局部性指的是最近被访问过的数据在不久的将来很可能再次被访问B.空间局部性指的是相邻的数据很可能在短时间内被一起访问C.利用缓存局部性原理可以通过合理的数据布局和访问顺序来提高缓存命中率D.缓存局部性原理只适用于硬件层面的优化，对软件中的数据结构设计没有影响16、根据通信原理，设计一个卫星通信地面接收站的前端电路，能够接收和解调卫星信号。17、二叉搜索树是一种特殊的二叉树，具有特定的性质。对于二叉搜索树的特点和操作，以下说法错误的是（）A.左子树上所有节点的值均小于根节点的值B.右子树上所有节点的值均大于根节点的值C.插入和查找操作的平均时间复杂度为O(logn)D.二叉搜索树一定是完全二叉树18、在图的算法中，最小生成树算法用于构建连通图的最小代价生成树，以下关于最小生成树算法的描述，正确的是：（）A.Prim算法和Kruskal算法都能得到图的最小生成树，但算法思想不同B.Prim算法从图中的任意一个节点开始构建生成树，Kruskal算法则从边的集合开始C.最小生成树的权值之和是唯一确定的，与算法的选择无关D.对于稠密图，Kruskal算法的效率高于Prim算法；对于稀疏图，Prim算法更优19、设计一个高速光纤通信系统，传输速率达到100Gbps，说明系统组成和关键器件选型。20、在查找算法中，顺序查找适用于各种情况。以下关于顺序查找的描述，不正确的是：（）A.顺序查找从数组的第一个元素开始，依次比较每个元素B.顺序查找的时间复杂度为O(n)C.顺序查找适用于有序和无序的数组D.顺序查找在元素较多的情况下效率很高二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）分析在数据结构中，如何利用栈实现表达式的求值和转换。2、（本题5分）详细论述在利用二叉搜索树进行范围查询时，如何实现查找给定范围内的节点，并给出具体的算法步骤和代码实现。3、（本题5分）论述在一个具有n个元素的链表中，如何将两个有序链表合并为一个有序链表。4、（本题5分）深入分析在一个具有n个元素的链表中，如何实现链表的排序操作，如使用归并排序算法。5、（本题5分）在一个具有n个顶点和e条边的带权有向图中，阐述如何使用迪杰斯特拉算法求解单源最短路径问题，给出算法步骤和时间复杂度分析。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，使用哈夫曼编码对一段文本进行压缩和解压缩。2、（本题5分）使用栈结构设计一个程序，判断一个表达式中的运算符优先级是否正确。3、（本题5分）设计一个程序，使用堆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，对一个二叉搜索树进行先序遍历的非递归实现。5、（本题5分）设计一个算法，利用链表实现一个队列，模拟银行叫号系统的排队情况。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一个在线图书馆的借阅管理系统需要记录图书信息、读者信息和借阅记录，图书信息包括图书ISBN、书名、作者、出版社、可借阅状态，读者信息包括读者ID、姓名、联系方式，借阅记录包括借阅ID、读者ID、图书ISBN、借阅时间、应还时间。请设计数据结构来管理借阅数据，实现图书的借阅、归还、续借操作，查询读者的借阅历史，并统计逾期未还的图书。2、（本题10分）某音乐平台需要对用户的播放记录和收藏歌曲进行管理。用户信息包括用户ID、播放历史、收藏歌曲等。考虑使用左偏树来存储这些信息。请设计算法实现以下功能：（1）查询用户最近播放的歌曲；（2）添加用户新的播放记录或收藏歌曲；（3）删除用户不再喜欢的歌曲；（4）按照播放次数对用户的歌曲进行排序。分析