山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程引論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷

自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效密封線第2頁，共2頁山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

《數(shù)據(jù)科學(xué)與工程引論》2023-2024學(xué)年第一學(xué)期期末試卷院(系)_______班級(jí)_______學(xué)號(hào)_______姓名_______題號(hào)一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共30個(gè)小題，每小題1分，共30分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．）1、跳表是一種可以替代平衡樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。假設(shè)我們正在使用跳表進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。以下關(guān)于跳表的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.跳表通過隨機(jī)增加索引層次來提高查找效率B.插入和刪除操作可能會(huì)影響跳表的索引結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整C.跳表的平均查找、插入和刪除時(shí)間復(fù)雜度均為O(logn)D.跳表的空間復(fù)雜度比平衡樹低，更適合內(nèi)存緊張的場景2、設(shè)計(jì)一個(gè)基于鎖相環(huán)技術(shù)的頻率合成器，輸出頻率范圍為100kHz-1GHz，頻率分辨率為1kHz。3、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，文件操作也是一個(gè)重要方面。以下關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與文件操作的描述，不正確的是：（）A.可以將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文件中，以便長期保存和后續(xù)使用B.在從文件中讀取數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)的格式和轉(zhuǎn)換C.對(duì)于大型文件，可以采用分塊讀取和處理的方式，避免一次性將全部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存D.文件操作與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇和使用無關(guān)，只需要關(guān)注文件的讀寫方法和權(quán)限4、在二叉樹的應(yīng)用中，二叉查找樹常用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)集合的操作。以下關(guān)于二叉查找樹的操作，錯(cuò)誤的是（）A.查找操作通過比較節(jié)點(diǎn)值，沿著合適的子樹進(jìn)行B.插入操作可能會(huì)破壞二叉查找樹的性質(zhì)，需要進(jìn)行調(diào)整C.刪除操作總是刪除葉子節(jié)點(diǎn)，不會(huì)影響樹的結(jié)構(gòu)D.可以通過中序遍歷得到有序的節(jié)點(diǎn)值序列5、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)差錯(cuò)控制編碼的仿真模型，分析不同編碼方式在不同信道條件下的性能。6、設(shè)計(jì)一個(gè)基于無線通信技術(shù)的智能物流跟蹤與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。7、使用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，能夠檢測車輛的異常狀態(tài)并發(fā)出警報(bào)，同時(shí)通過短信通知車主。8、假設(shè)要在一個(gè)有序的整數(shù)數(shù)組中查找第一個(gè)大于給定值的元素。以下哪種搜索算法能夠最有效地完成這個(gè)任務(wù)？（）A.順序搜索B.二分查找C.深度優(yōu)先搜索D.廣度優(yōu)先搜索9、設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的數(shù)字鎖相放大器，能夠從噪聲中提取微弱信號(hào)，給出電路設(shè)計(jì)和性能指標(biāo)。10、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能灌溉系統(tǒng)，根據(jù)土壤濕度和氣象條件自動(dòng)控制灌溉水量和時(shí)間。11、設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、軌跡規(guī)劃和任務(wù)執(zhí)行。12、設(shè)計(jì)一個(gè)基于數(shù)字圖像處理的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測與跟蹤系統(tǒng)，能夠在復(fù)雜背景下準(zhǔn)確檢測和跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。13、在樹結(jié)構(gòu)中，二叉樹是一種重要的類型。假設(shè)我們正在研究一個(gè)滿二叉樹。以下關(guān)于二叉樹的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.滿二叉樹的葉子節(jié)點(diǎn)都在同一層，且非葉子節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)B.二叉樹的遍歷方式包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷，它們的時(shí)間復(fù)雜度相同C.二叉查找樹的左子樹中的節(jié)點(diǎn)值均小于根節(jié)點(diǎn)值，右子樹中的節(jié)點(diǎn)值均大于根節(jié)點(diǎn)值D.平衡二叉樹在插入和刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)不需要進(jìn)行調(diào)整，始終保持平衡狀態(tài)14、設(shè)計(jì)一個(gè)基于藍(lán)牙技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)短距離設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，給出系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。15、二分查找是一種在有序數(shù)組中進(jìn)行查找的高效算法。對(duì)于一個(gè)包含n個(gè)元素的有序數(shù)組，二分查找的最壞時(shí)間復(fù)雜度為：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(logn)D.O(1)16、考慮一個(gè)物流配送系統(tǒng)，需要規(guī)劃車輛的行駛路線，使得配送成本最小。假設(shè)城市之間的道路可以表示為一個(gè)有權(quán)圖，以下哪種算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常用于解決這個(gè)問題？（）A.深度優(yōu)先搜索算法和鄰接矩陣B.廣度優(yōu)先搜索算法和鄰接表C.迪杰斯特拉算法和優(yōu)先隊(duì)列D.弗洛伊德算法和數(shù)組17、設(shè)計(jì)一個(gè)基于模擬乘法器的乘法型數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），分析其性能和誤差。18、快速排序也是一種常用的排序算法。假設(shè)我們正在使用快速排序?qū)?shù)組進(jìn)行排序。以下關(guān)于快速排序的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.快速排序通過選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分成兩部分，然后對(duì)這兩部分分別排序B.快速排序在平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，但在最壞情況下會(huì)退化為O(n^2)C.選擇合適的基準(zhǔn)元素可以提高快速排序的性能，通常選擇數(shù)組的中間元素作為基準(zhǔn)D.快速排序是一種穩(wěn)定的排序算法，能夠保證相同元素的相對(duì)順序不變19、設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電傳感器的自動(dòng)照明控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的照明效果。20、設(shè)計(jì)一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電路，能夠采集環(huán)境數(shù)據(jù)并通過無線方式傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)具有低功耗和自組網(wǎng)功能。21、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）應(yīng)用電路，能夠?qū)崿F(xiàn)音頻信號(hào)的濾波、降噪等處理功能。22、快速排序是一種高效的排序算法。以下關(guān)于快速排序的描述，錯(cuò)誤的是（）A.選擇一個(gè)基準(zhǔn)元素，將數(shù)組分為小于基準(zhǔn)和大于基準(zhǔn)兩部分，然后對(duì)這兩部分分別排序B.快速排序的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(nlog?n)，但在最壞情況下為O(n2)C.快速排序是一種不穩(wěn)定的排序算法D.快速排序每次都能將數(shù)組均勻地分成兩部分23、考慮一個(gè)在線游戲的服務(wù)器端程序，需要實(shí)時(shí)地處理多個(gè)玩家的操作請(qǐng)求，并維護(hù)玩家的狀態(tài)信息，如位置、得分等。由于玩家的操作頻繁且并發(fā)，數(shù)據(jù)需要快速地更新和查詢。在這種情況下，以下哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合用于存儲(chǔ)玩家的狀態(tài)數(shù)據(jù)？（）A.數(shù)組，能夠快速地隨機(jī)訪問元素B.哈希表，通過哈希函數(shù)快速定位玩家的數(shù)據(jù)C.圖，用于表示玩家之間的關(guān)系和交互D.樹狀數(shù)組，高效地支持區(qū)間查詢和更新24、利用射頻技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)無線充電器，能夠?yàn)樘囟ㄔO(shè)備進(jìn)行高效的無線充電，分析充電效率和安全性。25、二叉樹的遍歷可以通過遞歸和非遞歸方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于中序遍歷，以下哪種非遞歸實(shí)現(xiàn)方式是常見的？（）A.使用棧來輔助B.使用隊(duì)列來輔助C.直接遍歷D.無法非遞歸實(shí)現(xiàn)26、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)高精度與多功能電路，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的頻率測量，并同時(shí)顯示周期、占空比等參數(shù)。27、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字音頻處理中的音頻特效生成和控制模塊，分析特效的多樣性和可控性。28、設(shè)計(jì)一個(gè)太陽能熱水器控制器智能控制電路，能夠根據(jù)天氣情況和用戶需求自動(dòng)調(diào)節(jié)熱水器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化控制。29、在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，排序算法是非常重要的一部分。冒泡排序是一種簡單的排序算法，它通過反復(fù)比較相鄰的元素并交換位置來將數(shù)組排序。對(duì)于一個(gè)包含n個(gè)元素的數(shù)組，冒泡排序的最壞時(shí)間復(fù)雜度為：（）A.O(n)B.O(nlogn)C.O(n^2)D.O(logn)30、設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的太陽能充電控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽能電池板的最大功率跟蹤和蓄電池的充電管理。二、綜合題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）某學(xué)校的圖書館管理系統(tǒng)需要記錄大量的圖書信息，包括圖書編號(hào)、書名、作者、出版社、出版年份、館藏?cái)?shù)量、借閱狀態(tài)等。請(qǐng)為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠快速查找特定圖書、按作者或出版社分類查詢、統(tǒng)計(jì)熱門圖書，并支持新書的入庫和舊書的刪除操作。2、（本題5分）某旅游公司的旅游線路管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)旅游線路的信息，如線路編號(hào)、線路名稱、行程安排、價(jià)格、成團(tuán)人數(shù)等。系統(tǒng)要能夠快速查找特定線路、按照價(jià)格對(duì)線路進(jìn)行排序、新增旅游線路、修改線路信息、刪除冷門線路。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并給出代碼實(shí)現(xiàn)和性能評(píng)估。3、（本題5分）某城市的公共交通卡管理系統(tǒng)需要記錄用戶信息、充值記錄、消費(fèi)記錄和卡余額等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)這些信息，實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)、充值、消費(fèi)和掛失操作，充值和消費(fèi)記錄的查詢和統(tǒng)計(jì)，以及卡余額的實(shí)時(shí)更新，并能夠防范欺詐行為和保障用戶資金安全。4、（本題5分）在一個(gè)物流配送系統(tǒng)中，需要記錄每個(gè)訂單的詳細(xì)信息，包括訂單號(hào)、客戶信息、商品清單、配送地址、預(yù)計(jì)送達(dá)時(shí)間等。設(shè)計(jì)一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)訂單信息，實(shí)現(xiàn)訂單的添加、刪除、查找和更新操作，并能夠根據(jù)配送地址和預(yù)計(jì)送達(dá)時(shí)間進(jìn)行高效的排序和查詢。5、（本題5分）某電商平臺(tái)的優(yōu)惠券發(fā)放系統(tǒng)需要對(duì)優(yōu)惠券的類型、面額、使用條件和發(fā)放記錄進(jìn)行管理。優(yōu)惠券信息包括優(yōu)惠券編號(hào)、類型、面額、使用條件、發(fā)放記錄等?？紤]使用十字鏈表來存儲(chǔ)這些信息。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)算法實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）查詢某種類型優(yōu)惠券的剩余數(shù)量；（2）為用戶發(fā)放優(yōu)惠券并記錄；（3）用戶使用優(yōu)惠券時(shí)進(jìn)行核銷；（4）統(tǒng)計(jì)不同面額優(yōu)惠券的發(fā)放比例。分析所設(shè)計(jì)算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。三、簡答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）鏈表的歸并排序有哪些步驟？請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述其實(shí)現(xiàn)過程。2、（本題5分）詳細(xì)闡述圖這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示方法（鄰接矩陣和鄰接表），以及圖的深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索算法。3、（本題5分）詳細(xì)論述在一個(gè)具有n個(gè)頂點(diǎn)和e條邊的無向圖中，采用鄰接表存儲(chǔ)和鄰接矩陣存儲(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)，并比較它們的空間復(fù)雜度。4、（本題5分）解釋字