山东交通学院《数据科学算法》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院(系)_______班级_______学号_______姓名_______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、设计一个无线通信模块电路，能够实现短距离无线数据传输，传输距离在100米以内，数据传输速率为1Mbps。2、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。3、设计一个基于光电传感器的自动门控制系统，当检测到有人靠近时自动开门，一段时间后自动关门。4、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说法，正确的是：（）A.归并排序将数组不断分成两半，分别排序后再合并，合并过程比较复杂B.归并排序在任何情况下的时间复杂度都是O(n^2)，效率较低C.归并排序不是一种稳定的排序算法，可能改变相同元素的顺序D.归并排序的空间复杂度较低，不需要额外的辅助空间5、使用集成电路设计一个音频功率放大器，要求输出功率达到一定值，同时具有良好的音质和低噪声。6、设计一个基于FPGA的数字信号滤波系统，支持在线参数调整和实时滤波，给出硬件设计和滤波算法优化。7、若要对n个不同的关键字进行冒泡排序，在最坏情况下，其比较次数为？（）A.n(n-1)/2B.nlog2nC.n^2D.n8、设计一个基于光纤通信的远程数据传输系统，能够在长距离传输中保持高速和稳定的数据传输性能。9、使用单片机设计一个智能空气质量监测仪，能够检测多种污染物浓度并显示，当空气质量超标时进行报警。10、设计一个电子血压计数据分析与预警电路，能够对血压计测量的数据进行分析，当血压异常时发出预警信号。11、在一个交通流量监测系统中，需要实时记录不同路段的车辆数量，并能够快速地找出车辆数量最多的路段和最少的路段。此外，还需要能够动态地更新路段的车辆数量信息。对于这样的需求，以下哪种数据结构最为合适？（）A.优先队列，能够快速获取最大或最小元素B.红黑树，保持数据的有序性并支持高效的插入和删除C.跳表，实现快速的查找、插入和删除操作D.线段树，用于处理区间的统计和更新问题12、二叉搜索树是一种特殊的二叉树，具有特定的性质和用途。以下关于二叉搜索树的描述，错误的是：（）A.左子树上所有节点的值均小于根节点的值，右子树上所有节点的值均大于根节点的值B.对二叉搜索树进行中序遍历，可以得到一个有序的序列C.二叉搜索树的查找、插入和删除操作的平均时间复杂度都是O(logn)D.二叉搜索树一定是平衡的，即左右子树的高度差不超过113、利用数字逻辑电路设计一个数字电压表，能够测量直流电压并以数字形式显示，给出测量精度和量程。14、数据结构是计算机存储、组织数据的方式。在研究数据结构时，线性表是一种基础的数据结构。以下关于线性表的描述中，错误的是（）A.线性表可以顺序存储，也可以链式存储B.顺序存储的线性表可以随机访问其中的任意元素C.链式存储的线性表在插入和删除元素时效率较高D.线性表中的元素必须是连续存储的，中间不能有空隙15、设计一个基于音频运放的耳机放大器，输出功率不小于500mW，失真度小于0.1%。16、根据通信原理，设计一个卫星导航接收机的前端电路，能够接收和解码卫星导航信号。17、设计一个计算机网络中的IP地址分配方案，满足特定网络规模和拓扑结构的需求。18、设计一个卫星导航系统中的多星座融合定位算法，评估定位精度的提升效果。19、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。20、设计一个基于DSP的语音处理系统，能够实现语音的采集、编码、解码和播放，给出系统的硬件架构和软件算法流程。21、设计一个通信系统中的软件定义无线电（SDR）平台，实现灵活的调制解调功能。22、设计一个数字信号处理器（DSP）音频处理电路，能够实现音频信号的混音、特效等处理功能。23、设计一个基于PLC的物料输送系统控制系统，能够根据不同的物料需求实现自动输送和分拣功能。24、设计一个音频均衡器，能够对音频信号进行5段均衡调节，给出系统方案和滤波器参数计算。25、设计一个基于音频功率放大器的汽车音响系统，具备四路输出，总功率不小于100W。26、想象一个网络数据包的缓存系统，数据包按照到达的先后顺序存储，并且当缓存满时需要删除最早到达的数据包。以下哪种数据结构适合实现这个缓存？（）A.循环队列，能够实现先进先出，并且容易判断满和空的状态B.栈，后进先出，不符合数据包的处理顺序C.优先队列，根据优先级处理，不适合按到达顺序处理D.图，用于表示复杂的关系，不适合简单的数据包缓存27、设计一个光控开关电路，当环境光照强度低于一定值时，自动打开照明设备，当光照强度高于一定值时，自动关闭照明设备。28、设计一个智能电表的通信接口电路，能够与上位机进行数据通信，包括接口类型选择和电路设计。29、设计一个基于运算放大器的差分放大器电路，具有高共模抑制比和低噪声特性。30、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。二、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）某在线音乐教学平台需要记录课程信息、学生信息、学习进度、作业完成情况等。设计数据结构来支持教学过程的管理，实现课程安排、学生学习情况跟踪、作业批改和成绩统计，能够为学生提供个性化的学习方案。2、（本题5分）某公司的员工管理系统需要存储员工的基本信息，如员工编号、姓名、年龄、职位、工资等。系统要能够快速查找特定员工的信息、按照工资高低对员工进行排序、新增和删除员工记录，并且支持对员工信息的修改。请确定合适的数据结构，并详细阐述如何实现这些功能，包括算法设计和代码实现，以及对性能的分析。3、（本题5分）某城市的交通管理系统需要实时监控道路的车流量，并根据车流量调整信号灯的时间。设计一种数据结构和算法，能够快速地统计各个路段的车流量，并及时更新信号灯的控制策略。4、（本题5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。5、（本题5分）在一个在线旅游行程规划系统中，用户可以自定义旅游行程，包括景点、住宿、交通等安排。设计数据结构来存储用户的行程规划，支持行程的修改、分享和评价，能够根据用户需求提供合理的行程建议和优化方案。三、简答题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）深入分析在具有n个顶点和e条边的无向图中，如何使用克鲁斯卡尔（Kruskal）算法求解最小瓶颈生成树，并说明其特点和应用场景。2、（本题5分）对于一个用链表实现的双向循环队列，说明其入队、出队操作的实现方法，以及如何判断队列是否为空或已满。3、（本题5分）阐述在并查集中，如何通过优化合并策略提高查询和合并的效率。4、（本题5分）详细阐述在具有n个顶点和e条边的有向图中，如何判断是否存在回路，并给出具体的算法思想和实现步骤