石家庄铁道大学《数据科学与智能技术概论》2023-2024学年第一学期期末试卷

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《数据科学与智能技术概论》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、对于一个栈，进行入栈和出栈操作时，如果栈顶指针top初始值为-1，当进行了一系列操作后，top的值为0，此时栈的状态是？（）A.栈为空B.栈中只有一个元素C.栈已满D.栈出错2、假设正在开发一个文本编辑器，需要支持撤销和重做操作。以下哪种数据结构可以方便地实现这一功能？（）A.栈，存储操作历史B.队列，按顺序记录操作C.数组，直接存储操作信息D.二叉搜索树，快速查找操作记录3、设计一个音频混音器电路，能够将多路音频信号混合输出，给出电路结构和参数调整方法。4、设计一个基于无线通信技术的智能农业环境监测与灌溉控制系统，实现精准农业管理。5、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。6、在选择数据结构时，需要考虑多种因素。以下关于数据结构选择的描述，不准确的是：（）A.如果需要频繁地在头部和尾部进行插入和删除操作，双端队列可能是一个合适的选择B.当数据的查找操作远多于插入和删除操作，且数据量较大时，二叉搜索树可能比链表更合适C.对于需要快速合并操作的场景，如多个有序序列的合并，优先队列可能是一个好的选择D.数据结构的选择只取决于操作的类型和频率，不需要考虑数据的特点和规模7、字符串在计算机编程中经常被使用。以下关于字符串操作的描述，不正确的是：（）A.字符串的比较可以通过逐个字符比较来实现B.字符串的连接操作可能会导致较高的时间复杂度C.字符串的查找可以使用暴力匹配算法或更高效的算法D.字符串一旦创建，其长度就不能改变8、选择排序也是一种基本的排序算法。以下关于选择排序的描述，错误的是（）A.每一轮从待排序序列中选择最小的元素，放到已排序序列的末尾B.选择排序的时间复杂度为O(n²)，但在某些情况下比冒泡排序性能好C.选择排序是一种不稳定的排序算法D.选择排序不需要额外的存储空间，空间复杂度为O(1)9、设计一个基于音频DAC的音频播放系统，支持高保真音频输出，采样率不低于44.1kHz。10、根据传感器原理，设计一个用于工业自动化生产线的物体位置检测系统，能够准确检测物体的位置并反馈给控制系统。11、利用电力电子技术设计一个升压型直流-直流变换器（BoostConverter），并对其性能进行测试和优化。12、利用数字逻辑电路设计一个数字时钟分频器，将输入时钟信号分频为不同频率的输出信号。13、设计一个基于FPGA的图像旋转系统，能够对图像进行任意角度的旋转。14、运用电子信息工程知识，设计一个智能交通信号灯自适应控制系统，根据实时交通流量调整信号灯时间。15、设计一个基于光电编码器的工业机器人关节位置检测系统，精度达到0.01°。16、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、黄三种灯的定时切换，并考虑特殊情况（如紧急车辆通行）的控制逻辑。17、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。18、在数据结构中，假设我们需要存储和操作一个公司员工的信息，包括员工编号、姓名、年龄、职位等。要求能够快速地按照员工编号查找和修改员工信息。以下哪种数据结构最适合？（）A.数组B.链表C.哈希表D.二叉搜索树19、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。20、设计一个基于CAN总线的分布式控制系统，实现多个节点之间的数据通信和协同控制，阐述总线协议和系统架构。二、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）解释线段树在处理区间覆盖问题时的思路和实现方法。2、（本题5分）详细论述在一个具有n个顶点的无向图中，如何判断两个子图是否同构。3、（本题5分）在图的存储中，如何处理动态图？有哪些数据结构和算法适用于动态图的更新和查询？4、（本题5分）论述在并查集的应用场景拓展中，如何解决动态图中的连通性问题。5、（本题5分）详细说明冒泡排序算法中如何判断排序是否已经完成。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，使用二叉搜索树存储商品的价格和销量，实现按价格区间进行查找和统计。2、（本题5分）设计一个程序，利用数组实现快速排序的非递归并行版本，提高排序效率并展示过程和结果。3、（本题5分）设计一个算法，利用二叉树结构实现对一组字符串的排序和查找。4、（本题5分）设计一个程序，利用伸展树和哈希表的结合，实现对在线交易记录的高效管理和查询。5、（本题5分）使用双向链表和迪杰斯特拉算法，设计一个程序，为一个城市的公交系统规划线路，使乘客换乘次数最少。四、综合题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）某快递公司的包裹跟踪系统需要对包裹的运输路径和状态进行管理。包裹信息包括包裹编号、起始地、目的地、当前位置、状态等。这些信息以双端队列的形式存储。请设计算法实现以下功能：（1）查询某个包裹的当前位置和状态；（2）包裹到达一个新的地点时更新其信息；（3）按照目的地对包裹进行排序；（4）统计处于运输中、已送达和异常状态的包裹数量。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。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）某社交网络的消息推送系统需要对用户的消息进行管理。消息包括发送者