黑龙江建筑职业技术学院《数据结构（Java）》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数据结构（Java）》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、对于一个具有n个节点的带权无向图，使用Prim算法生成最小生成树，其时间复杂度为：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(ne)2、设计一个基于单片机的水质监测系统，能够实时监测水中的溶解氧、pH值、电导率等参数，并通过GPRS模块将数据上传到服务器。3、栈是一种特殊的线性表，遵循特定的操作原则。以下关于栈的描述，不准确的是：（）A.栈的操作遵循后进先出（LIFO）原则，即最后入栈的元素最先出栈B.可以用数组或链表来实现栈，常见的操作有入栈、出栈和获取栈顶元素C.栈在函数调用、表达式求值、括号匹配等场景中有广泛应用D.栈的大小是无限的，可以随意入栈元素，不需要考虑栈满的情况4、假设要实现一个可以快速查找前K个最大值的算法，以下哪种数据结构可能是最适合的？（）A.最大堆，每次取出堆顶元素即为最大值B.最小堆，维护一个大小为K的堆，堆顶为第K大的值C.二叉搜索树，遍历获取最大值，效率较低D.链表，查找最大值操作复杂5、设计一个基于无线通信技术的智能水质监测浮标系统，能够实时监测水域的水质参数并远程传输。6、设计一个光通信中的掺铒光纤放大器（EDFA）驱动电路，实现对EDFA的稳定驱动和增益控制。7、在动态数组的实现中，当数组容量不足时需要进行扩容。关于动态数组的扩容策略，以下描述哪一项是不正确的？（）A.常见的扩容策略是按照一定的比例增加数组的容量，如扩大为原来的两倍B.扩容操作会涉及到数据的复制，可能会影响性能C.为了避免频繁扩容，可以在创建动态数组时预留一定的额外空间D.扩容操作的时间复杂度总是O(n)，其中n是数组中的元素数量8、设计一个基于LoRaWAN的物联网终端设备，实现低功耗远距离数据传输，给出硬件架构和软件流程。9、设计一个数字音频处理中的音频水印嵌入和提取系统，分析水印的鲁棒性和不可感知性。10、设计一个用于智能手表的电源管理芯片，能够实现低功耗运行和快速充电，给出芯片架构和功能模块。11、设计一个基于光电传感器的自动门控制系统，当有人靠近时自动开门，一段时间后自动关门。12、利用电力电子技术设计一个电动汽车充电桩的功率模块，实现高效充电和电能转换。13、设计一个数字示波器探头电路，能够将输入信号转换为适合示波器测量的信号，并且具有衰减和补偿功能。14、当使用快速排序算法对一个数组进行排序时，选择基准元素的策略对算法的性能有很大影响。假设总是选择数组的第一个元素作为基准，在某些特殊情况下可能会导致算法的性能变差。以下哪种情况可能导致这种现象（）A.数组已经是有序的B.数组元素的值都相同C.数组元素随机分布D.以上情况都不会15、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。16、设计一个简单的太阳能路灯控制器，能够根据日照时间和环境亮度自动控制路灯的开启和关闭。17、运用通信网络技术，设计一个远程医疗诊断系统的网络架构，实现患者数据的实时传输和医生的远程诊断。18、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。19、设计一个基于FPGA的数字信号解调系统，能够实现对ASK、FSK、PSK等调制信号的解调。20、设计一个基于数字信号处理器（DSP）和摄像头的运动目标检测系统，实时检测视频中的运动目标。21、设计一个基于FPGA的图像锐化系统，能够增强图像的边缘和细节，说明算法和硬件实现。22、在一个大顶堆中，若父节点的索引为i，则其左子节点的索引为？（）A.2i+1B.2iC.2i-1D.i/223、对于一个具有n个节点的AVL树，其平均查找长度的量级为？（）A.O(1)B.O(logn)C.O(n)D.O(nlogn)24、哈希表是一种高效的数据结构。以下关于哈希表的描述，不正确的是：（）A.哈希表通过哈希函数将关键字映射到存储位置B.哈希表的查找、插入和删除操作的平均时间复杂度都接近O(1)C.哈希冲突是指不同的关键字映射到了相同的存储位置D.哈希表不需要处理哈希冲突25、设计一个基于ARM处理器的嵌入式系统，实现特定的功能，如数据采集、处理和传输，描述系统的硬件架构和软件编程思路。二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）详细阐述如何利用线段树解决区间查询和更新问题，给出建树和操作的过程。2、（本题5分）详细说明插入排序算法在数组元素较少时的优势。3、（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。4、（本题5分）说明二叉树的遍历算法在二叉树的平衡检查优化问题、树的对称问题变种中的应用。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，使用计数排序算法对一个整数数组进行排序，数组中的元素值范围已知。2、（本题5分）设计一个哈希表程序，采用开放寻址法的优化版本处理哈希冲突，提高性能并展示操作过程和结果。3、（本题5分）设计一个程序，使用双向链表存储一组整数，实现链表的反转操作。4、（本题5分）设计一个算法，在一个整数数组中找出第k小的元素。5、（本题5分）设计一个程序，使用分治法解决最大子数组和问题，输出最大子数组和及其位置。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）某机场的航班管理系统需要存储航班的信息，如航班编号、出发地、目的地、起飞时间、降落时间、航班状态等。系统要能够快速查找特定航班、按照起飞时间对航班进行排序、新增航班、修改航班信息、取消航班。请设计合适的数据结构和算法，并给出代码实现和性能评估。2、（本题10分）一个股票交易系统需要实时处理大量的股票交易数据，包括股票代码、交易时间、交易价格、交易数量、买卖方向等。请设计数据结构来存储和管理这些交易数据，能够快速查询特定股票的交易记录、按时间排序交易、计算某段时间内的股票均价，并支持新交易的插入和旧交易的删除。3、（本题10分）某在线购物平台的优惠券