南京艺术学院《数据科学与应用》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30个小题，每小题1分，共30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、链表是一种常见的链式存储结构。在链表中，又分为单链表、双向链表和循环链表等。以下关于链表的叙述中，错误的是（）A.单链表中每个节点只有一个指向后继节点的指针B.双向链表中每个节点有两个指针，分别指向前驱节点和后继节点C.循环链表的尾节点指针指向头节点，形成一个环形结构D.链表的插入和删除操作在任何位置都能高效完成，时间复杂度为O(1)2、设计一个基于DSP的语音合成系统，能够将文本转换为自然流畅的语音，提供算法实现和性能评估。3、图是一种复杂的数据结构，可以用于表示各种关系。以下关于图的描述，不准确的是：（）A.图由顶点和边组成，边可以有权重，表示顶点之间的关系强度或距离B.图的存储方式有邻接矩阵和邻接表，邻接矩阵适合稠密图，邻接表适合稀疏图C.图的遍历方式有深度优先遍历和广度优先遍历，可用于解决路径搜索、连通性判断等问题D.对于有向图和无向图，其算法和应用场景完全相同，只是边的表示方式有所不同4、设计一个基于CAN总线的汽车电子控制系统，实现对发动机、变速器和车身电子设备的控制和通信，说明总线协议和节点设计。5、设计一个数字电压表，测量范围为0至50V，精度为0.1V，采用ADC芯片实现，说明硬件电路和软件算法。6、设计一个温度传感器网络远程监控电路，能够通过互联网远程监控温度传感器网络的工作状态和数据，实现远程管理。7、设计一个基于光电编码器的电机位置测量系统，能够精确测量电机的转动角度和位置。8、设计一个电磁波发射与接收系统，工作频率在特定频段，能够实现一定距离内的有效通信，并分析其传播特性。9、考虑哈希表这种数据结构，它通过哈希函数将键映射到存储位置。假设需要快速查找和插入大量的数据，并且数据的分布比较均匀。以下关于哈希表的负载因子，哪个说法是正确的（）A.负载因子越大，哈希表的性能越好B.负载因子越小，哈希表的性能越好C.负载因子对哈希表的性能没有影响D.负载因子应根据具体情况选择一个合适的值10、设计一个数字通信系统中的扰码生成和解扰电路，分析扰码对信号频谱的影响。11、设计一个基于ZigBee技术的无线智能家居安防系统，能够检测门窗入侵、烟雾和燃气泄漏等情况，并及时报警，说明系统组成和网络配置。12、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。13、设计一个基于FPGA的视频流处理系统，能够实现视频的压缩、传输和显示，阐述硬件设计和视频处理算法。14、在二叉搜索树中，左子树的所有节点值都小于根节点值，右子树的所有节点值都大于根节点值。假设存在一个二叉搜索树，插入一系列值：50、30、70、20、40、60、80。在插入这些值后，要查找值为60的节点，以下哪种查找路径是正确的？（）A.50-70-60B.50-30-40-60C.50-70-80-60D.50-30-20-6015、根据通信原理，设计一个短波通信系统，能够在远距离通信中保证信号的可靠传输。16、设计一个温度控制系统电路，能够根据设定的温度自动控制加热或冷却设备，使环境温度保持在设定值附近，精度为±1℃。17、设计一个基于数字图像处理的目标跟踪系统，能够在视频中实时跟踪特定目标的运动轨迹。18、在图的遍历算法中，深度优先搜索和广度优先搜索是两种常见的方法。以下关于这两种算法的描述，正确的是：（）A.深度优先搜索总是先访问距离起始节点最近的未访问节点B.广度优先搜索使用栈来保存待访问节点，深度优先搜索使用队列C.对于同一个图和起始节点，深度优先搜索和广度优先搜索得到的遍历结果一定不同D.深度优先搜索适合用于查找图中的连通分量，广度优先搜索适合用于求解最短路径问题19、假设要实现一个LRU（LeastRecentlyUsed）缓存，当缓存满时，删除最近最少使用的元素。以下哪种数据结构可以有效地实现这个功能？（）A.数组结合链表，通过移动链表节点来标记使用频率B.哈希表结合双向链表，能够快速查找和调整元素顺序C.栈，后进先出，无法体现使用频率D.队列，先进先出，不能区分元素的使用频率20、设计一个基于单片机的智能烟雾报警器系统，能够实时监测环境中的烟雾浓度，当浓度超过设定阈值时发出声光报警，并通过GSM模块发送报警短信。21、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。22、利用数字逻辑电路设计一个数字频率合成器，能够产生高精度、高稳定性的频率信号。23、数组是一种常见的数据结构，具有固定的大小和连续的存储方式。以下关于数组的描述，错误的是：（）A.数组可以通过下标快速访问元素，但插入和删除元素时可能需要移动大量元素，效率较低B.多维数组在内存中也是连续存储的，通过计算偏移量可以快速定位元素C.数组的长度在创建后不能改变，若要动态改变数组大小，需要重新分配内存并复制元素D.数组适用于元素数量固定且操作主要为查找的情况，对于频繁插入和删除的应用不太合适，且其空间利用率总是最优的24、设计一个基于热电偶的温度测量系统，能够测量较高温度范围，并对测量结果进行冷端补偿和线性化处理。25、设计一个基于ZigBee技术的智能工厂环境监测系统，实时监测温度、湿度、粉尘浓度等环境参数。26、设计一个音频放大器电路，能够放大输入的音频信号，输出功率在10W以上，并且具有音量调节功能。27、使用单片机设计一个智能安防系统，能够检测入侵、火灾等异常情况，并及时发出警报和通知用户。28、设计一个电子秤数据存储电路，能够将电子秤的测量数据存储在本地或云端，方便查询和分析。29、基于通信加密技术设计一个数据加密传输系统，保证数据在传输过程中的安全性和保密性。30、设计一个基于光电传感器的物体计数系统，能够准确计数通过检测区域的物体数量。二、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5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5分）一个医院的挂号系统需要记录患者的挂号信息，包括患者姓名、身份证号、挂号科室、医生姓名、挂号时间、就诊状态等。请设计数据结构来管理这些挂号数据，支持快速查找患者的挂号记录、按照科室或医生分类查询、更新就诊状态，并统计每个科室的挂号人数。3、（本题5分）假设一个在线投票系统需要记录投票主题、选项和投票人的投票情况。投票主题包括主题ID、主题名称、开始时间、结束时间，选项包括选项ID、主题ID、选项内容，投票情况包括投票人ID、主题ID、选项ID。请设计数据结构来存储这些数据，能够快速统计每个选项的票数、查询投票结果、防止重复投票，并在投票结束后生成投票报告。4、（本题5分）一个大型图书馆需要管理其海量的图书信息，包括书名、作者、出版社、出版年份、馆藏数量等。这些信息以二叉搜索树的形式存储。请设计算法实现以下操作：（1）插入一本新的图书信息；（2）删除某本指定的图书信息；（3）查找某作者的所有图书；（4）更新某本图书的馆藏数量。分析所设计算法的时间复杂度。5、（本题5分）一个在线订餐系统需要处理餐厅的菜单信息、用户订单、配送地址和支付状态。设计合适的数据结构和算法，实现订单的快速处理和配送优化。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）解释什么是伸展树数据结构，说明其自调整的原理和优势，并阐述如何进行插入和查找操作。2、（本题5分）详细说明插入排序算法中元素移动的具体过程和时间复杂度分析。3、（本题5分）详细阐述B树和B+树的结构特点和区别，以及它们