南京中医药大学翰林学院《数据科学与工程》2023-2024学年第二学期期末试卷

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《数据科学与工程》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、设计一个基于FPGA的视频图像处理系统，能够实现图像缩放、旋转、灰度化等基本操作。2、设计一个基于运放的指数放大器电路，能够实现输入信号的指数放大，放大倍数可调，输入信号频率范围为0-100Hz。3、设计一个基于霍尔传感器的电机转速测量系统，能够准确测量电机的转速，并将转速数据实时显示。4、运用通信网络原理，设计一个智能仓储物流的无线定位系统，实现货物和搬运设备的精确定位。5、设计一个基于FPGA的数字通信收发系统，支持常见的通信协议，如UART、SPI等。6、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。7、设计一个计算机网络拓扑结构，满足特定的网络规模、性能和可靠性要求，进行网络性能分析和优化。8、设计一个基于STM32的物联网网关，能够连接多种传感器并将数据上传到云平台，说明系统架构和通信协议转换。9、设计一个基于PLC的自动化生产线控制系统，能够实现对物料输送、加工、装配等环节的顺序控制和故障报警。10、在图的存储和遍历中，深度优先遍历和广度优先遍历可以用于判断图是否连通。以下关于连通性判断的叙述中，不正确的是（）A.如果从某个顶点出发能够遍历到图中的所有顶点，则图是连通的B.对于无向图，深度优先遍历和广度优先遍历的结果相同，都能判断连通性C.对于有向图，深度优先遍历和广度优先遍历的结果可能不同，需要综合判断连通性D.无论图的存储方式如何，深度优先遍历和广度优先遍历判断连通性的时间复杂度相同11、设计一个太阳能路灯控制器智能调光电路，能够根据环境光照强度和交通流量自动调节路灯的亮度，实现智能调光。12、设计一个数字频率计，能够测量输入信号的频率，精度达到一定要求，给出硬件电路设计和软件算法流程。13、在数据结构的学习中，理解算法的正确性和稳定性是很重要的。以下关于算法正确性和稳定性的描述，错误的是：（）A.算法的正确性是指对于任意合法的输入，算法都能给出正确的输出B.稳定性是指在排序过程中，如果两个元素的关键字相等，它们在排序前后的相对顺序不变C.冒泡排序是一种稳定的排序算法，而快速排序在默认情况下是不稳定的D.算法的正确性和稳定性是相互独立的，一个算法可以是正确的但不稳定，也可以是稳定的但不正确14、设计一个数字信号发生器扩展电路，能够增加信号发生器的输出信号类型和参数调节范围，并且具有脉冲宽度调制功能。15、设计一个音频功率放大器的散热系统，保证放大器在高功率输出时的稳定工作，给出散热系统的设计和热分析。16、设计一个基于蓝牙模块的智能体重秤，能够测量体重、体脂率、肌肉量等身体指标，并将数据上传至云端。17、假设正在设计一个数据库的索引结构，需要支持快速的等值查询、范围查询和排序操作。在这种情况下，以下哪种索引结构可能是最优的选择？（）A.B树索引，平衡树结构，适用于多种查询B.哈希索引，快速等值查询，但不支持范围查询C.位图索引，适合处理布尔值属性的查询D.全文索引，用于文本内容的搜索18、根据传感器技术，设计一个用于室内空气质量监测的气体传感器系统，能够检测甲醛、苯等有害气体浓度。19、快速排序是一种高效的排序算法，它采用分治的思想。在快速排序中，选择一个基准元素，将数组分为两部分，使得左边部分的元素都小于等于基准元素，右边部分的元素都大于等于基准元素。以下关于快速排序的描述，错误的是：（）A.快速排序在最坏情况下的时间复杂度为O(n^2)B.快速排序是一种稳定的排序算法C.快速排序的平均时间复杂度为O(nlogn)D.快速排序的空间复杂度为O(logn)20、设计一个数字电压表电流表电路，能够同时测量直流电压和电流，电压测量范围为0V到100V，电流测量范围为0A到1A，精度为±0.1V和±0.01A。21、设计一个基于DSP的数字信号调制系统，支持多种调制方式，如QAM、OFDM等，给出算法实现和性能优化。22、考虑一个物流配送系统，需要根据客户的地址和订单需求规划最优的配送路线。同时，要能够实时更新路况信息，并重新计算最优路线。在这种情况下，以下哪种数据结构和算法的组合最适合解决这个问题？（）A.迪杰斯特拉算法和邻接表B.弗洛伊德算法和矩阵C.广度优先搜索算法和链表D.深度优先搜索算法和栈23、数据结构是计算机科学中重要的研究领域，它对程序的性能和效率有着关键影响。以下关于数据结构的描述，错误的是：（）A.数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合B.数据结构主要研究数据的逻辑结构、存储结构以及对数据的操作C.数据结构只关注数据的存储方式，不考虑数据的处理效率D.选择合适的数据结构可以提高程序的运行速度和节省存储空间24、设计一个用于雷达系统的中频放大器，带宽为10MHz，增益为50dB，噪声系数小于5dB，阐述电路结构和器件选择。25、设计一个基于单片机的智能安防监控系统，能够实时监测入侵、火灾等异常情况，并进行报警和录像。26、插入排序是一种简单直观的排序算法。关于插入排序的工作方式，以下描述哪一项是不正确的？（）A.插入排序将待排序的元素逐个插入到已排序的部分中，从而逐步完成排序B.插入排序在最坏情况下的时间复杂度为O(n^2)，在最好情况下的时间复杂度为O(n)C.插入排序是一种稳定的排序算法，相同元素的相对顺序在排序前后不会改变D.插入排序的空间复杂度较高，通常需要额外的O(n)空间来完成排序27、使用单片机设计一个智能电子秤系统，能够准确测量物体重量，并具有去皮、计价等功能。28、设计一个基于蓝牙Mesh网络的智能照明系统，能够实现群组控制和场景设置，说明系统组成和网络配置。29、设计一个基于陀螺仪和加速度计的姿态测量系统，能够实时获取物体的姿态信息。30、在一个图像识别系统中，需要对大量的图像特征向量进行聚类分析。以下哪种数据结构和算法常用于实现图像特征的聚类？（）A.K-Means算法结合链表B.层次聚类算法和二叉树C.密度聚类算法和数组D.以上算法和数据结构都可能用到，取决于具体需求二、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）某在线教育平台需要对课程的章节内容和学生的学习进度进行管理。课程信息包括课程编号、章节标题、内容、学习进度等，学生信息包括学生编号、学习的课程等。这些信息以块状链表的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）查询某个学生在某门课程中的学习进度；（2）更新学生的学习进度；（3）按照学习进度对学生进行排序；（4）统计某门课程的学习完成率。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。2、（本题5分）一个超市的促销活动管理系统需要存储促销活动的信息，如活动编号、活动名称、活动时间、优惠方式、参与商品等。系统要支持快速查找特定促销活动、按照活动时间对活动进行排序、新增促销活动、修改活动规则、结束活动。请确定恰当的数据结构，并详细阐述算法和代码实现，以及性能优化策略。3、（本题5分）某高校的课程管理系统需要对课程的选课信息进行处理。选课信息包括课程编号、课程名称、授课教师、选课学生名单等。这些信息以队列和栈的组合形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）按照选课先后顺序输出选课学生名单；（2）撤销某个学生的选课；（3）统计每门课程的选课人数；（4）调整选课顺序，将优先选课的学生排在前面。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。4、（本题5分）某电商仓库的库存管理系统需要存储商品的库存信息，包含商品编号、商品名称、库存数量、进货价格、出货价格等。系统要能够快速查询特定商品的库存、按照库存数量对商品进行排序、进行商品的入库和出库操作、修改商品的价格信息。请设计合理的数据结构和算法，并提供代码实现以及性能评估。5、（本题5分）某音乐播放平台需要管理大量的音乐文件信息，包括歌曲ID、歌曲名称、歌手、专辑、播放次数、下载次数等。设计数据结构来存储这些音乐信息，能够快速查找特定歌曲、按照歌手或专辑分类、更新播放和下载次数，并统计热门歌曲。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）深入分析在一个具有n个元素的链表中，如何查找第k大的元素。2、（本题5分）对于一个用链表实现的有序表，解释如何合并两个有序链表为一个新的有序链表，给出算法步骤和时间复杂度分析。3、（本题5分）论述如何使用动态规划算法解决最长公共子序列问题，给出状态转移方程和代码