南宁理工学院《数据结构与算法课设》2023-2024学年第二学期期末试卷

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2023-2024学年第二学期期末试卷题号一二三四总分得分一、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、设计一个基于STM32H7的高性能嵌入式系统，能够运行复杂的实时操作系统和应用程序，给出硬件架构和软件环境搭建。2、平衡二叉树是为了改进二叉搜索树的性能而产生的。以下关于平衡二叉树的描述，不正确的是（）A.它通过旋转操作来保持树的平衡，减少查找的时间复杂度B.平衡二叉树的插入和删除操作比二叉搜索树更复杂C.任何情况下，平衡二叉树的高度都不会超过log₂n（n为节点数）D.平衡二叉树在实际应用中已经完全取代了二叉搜索树3、设计一个基于ADC和微控制器的温度采集与报警系统，当温度超过设定阈值时发出声光报警信号。4、假设在一个在线游戏的多人对战匹配系统中，需要根据玩家的等级和技能水平进行快速匹配，以保证游戏的公平性和趣味性。为了实现高效的匹配过程，以下哪种数据结构和算法可能会被运用？（）A.快速排序结合二分查找B.冒泡排序结合线性搜索C.归并排序结合哈希表D.桶排序结合双向链表5、设计一个基于DSP的语音识别系统，能够识别特定的语音指令，给出算法原理和代码实现。6、假设在一个实时交通监控系统中，需要不断地接收车辆的位置信息，并快速判断某一区域内车辆的拥堵情况。为了有效地存储和处理这些实时数据，以下哪种数据结构可以提供快速的查询和更新操作？（）A.红黑树B.线段树C.B树D.图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、设计一个基于物联网技术的智能停车场管理系统，能够实现车位检测、车辆引导和收费管理等功能。9、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.空间复杂度为O(n)B.是一种稳定的排序算法C.最坏、最好和平均时间复杂度均为O(nlogn)D.不能用于链表的排序10、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)11、设计一个无线通信模块远距离传输电路，能够实现更远距离的无线数据传输，传输距离达到1公里以上。12、设计一个基于单片机的智能车库照明系统，根据车辆进出自动控制灯光的开启和关闭。13、考虑到一个视频编码系统，需要对连续的帧数据进行压缩和存储，同时能够快速地读取和解码特定帧的数据。以下哪种数据结构可以用于优化这个过程？（）A.环形缓冲区B.链表C.数组D.栈14、设计一个基于PLC的污水处理控制系统，实现对污水处理过程中的液位、流量、水质等参数的监测和控制。15、设计一个基于单片机的智能家电能耗监测系统，实时监测家电的用电情况并进行数据分析。16、设计一个数字音频播放器电路，能够播放MP3、WAV等格式的音频文件，具有音量调节、播放/暂停、上一曲/下一曲等功能。17、堆是一种特殊的树形数据结构，常用于实现优先队列。以下关于堆的描述，错误的是：（）A.大顶堆中每个节点的值都大于或等于其子节点的值，小顶堆则相反B.可以用数组来实现堆，通过计算索引可以方便地进行堆的操作C.堆排序利用堆的特性，将数组构建成堆，然后依次取出堆顶元素得到排序结果D.堆的插入和删除操作的时间复杂度都为O(logn)，且堆的空间复杂度总是高于其他线性数据结构18、设计一个简单的数字时钟电路，使用数码管显示时间，具备小时、分钟和秒的显示功能，同时能够通过按键进行时间的调整和设置。19、设计一个通信系统中的数字调制与解调电路，支持ASK、FSK、PSK等调制方式，能够对输入的数字信号进行调制，并准确解调恢复出原始信号，详细说明设计方案和实现过程。20、设计一个基于数字图像处理的人脸识别系统，能够对输入的图像进行人脸检测、特征提取和识别，说明算法的选择和优化。二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）请说明二叉搜索树的定义和性质，阐述其插入、删除操作的过程，并分析在最坏情况下二叉搜索树的性能。2、（本题5分）详细说明希尔排序中不同增量序列的选择和对排序性能的影响。3、（本题5分）详细说明在一个具有n个顶点的有向图中，如何判断是否存在回路，并分析所使用算法的时间复杂度。4、（本题5分）解释什么是块状数组数据结构，说明其特点和应用场景，并阐述如何进行访问和修改操作。5、（本题5分）比较堆排序和冒泡排序在稳定性上的差异，并说明原因。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，使用顺序表实现对一组整数的存储和排序，要求能够实现冒泡排序、插入排序和选择排序算法，并比较它们的性能。2、（本题5分）设计一个算法，在一个字符串中找出所有不包含重复单词的最长子串。3、（本题5分）使用图数据结构设计一个校园网络布线规划系统，确保网络连接的可靠性和高效性。4、（本题5分）设计一个算法，利用二叉树的中序遍历和先序遍历结果重建二叉树，并输出其后序遍历序列。5、（本题5分）设计一个算法，利用哈希表存储音乐的风格和歌手，实现歌手的快速查找和风格统计。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一个在线订餐平台的厨房管理系统需要记录菜品制作进度、厨师分配和出餐时间。菜品制作进度包括进度ID、菜品ID、制作阶段、完成时间，厨师分配包括分配ID、菜品ID、厨师ID，出餐时间包括出餐ID、菜品ID、时间。请设计数据结构来管理厨房数据，实现菜品制作的监控、厨师工作的合理安排、出餐时间的准确预测，并优化厨房工作流程。2、（本题10分）一个在线心理咨询平台需要记录咨询者的问题、咨询师的回答和咨询进度。设计数据结构来保护用户隐私，并支持咨询记录的查询和