常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院《算法及設(shè)計(jì)模式》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

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《算法及設(shè)計(jì)模式》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分批閱人一、單選題（本大題共20個(gè)小題，每小題1分，共20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、當(dāng)使用隨機(jī)化算法來解決一個(gè)問題時(shí)，例如隨機(jī)快速排序，以下關(guān)于其性能的描述，哪個(gè)是正確的（）A.每次運(yùn)行結(jié)果相同B.平均性能較好C.總是比確定性算法快D.以上都不對2、當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決一個(gè)組合優(yōu)化問題時(shí)，假設(shè)需要從大量的可能組合中找出最優(yōu)解。以下哪種方法可以有效地減少搜索空間？（）A.分支限界法B.隨機(jī)化算法C.近似算法D.以上方法綜合使用3、在圖算法中，深度優(yōu)先搜索（DFS）和廣度優(yōu)先搜索（BFS）是兩種基本的遍歷算法。以下關(guān)于這兩種算法的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.DFS采用遞歸或棧的方式實(shí)現(xiàn)，而BFS采用隊(duì)列的方式實(shí)現(xiàn)B.DFS可能會陷入深度很深的分支，而BFS能夠保證先訪問距離起始節(jié)點(diǎn)較近的節(jié)點(diǎn)C.對于無向圖，DFS和BFS都可以用于判斷圖是否連通D.DFS和BFS的時(shí)間復(fù)雜度都與圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和邊的數(shù)量無關(guān)4、想象一個(gè)需要對一個(gè)數(shù)組進(jìn)行劃分，使得左邊的元素都小于某個(gè)基準(zhǔn)值，右邊的元素都大于基準(zhǔn)值。以下哪種算法可能是最適合的？（）A.冒泡排序的思想，通過多次交換實(shí)現(xiàn)劃分B.選擇數(shù)組的第一個(gè)元素作為基準(zhǔn)，然后進(jìn)行調(diào)整C.隨機(jī)選擇一個(gè)元素作為基準(zhǔn)，通過快速排序的分區(qū)過程實(shí)現(xiàn)劃分D.計(jì)算數(shù)組的平均值作為基準(zhǔn)，然后進(jìn)行劃分5、在設(shè)計(jì)一個(gè)算法來合并多個(gè)已排序的鏈表為一個(gè)有序鏈表時(shí)，以下哪種方法可能具有較低的時(shí)間復(fù)雜度？（）A.依次比較每個(gè)鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，將最小的節(jié)點(diǎn)添加到結(jié)果鏈表B.將所有鏈表的節(jié)點(diǎn)放入一個(gè)數(shù)組，然后進(jìn)行排序C.利用歸并排序的思想逐步合并鏈表D.以上方法的時(shí)間復(fù)雜度取決于鏈表的長度6、在凸包問題的求解中，Graham掃描算法是一種常用的算法。以下關(guān)于Graham掃描算法的描述，不正確的是：（）A.Graham掃描算法通過選擇一個(gè)起始點(diǎn)，按照極角順序依次處理其他點(diǎn)，來構(gòu)建凸包B.Graham掃描算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，其中n是點(diǎn)的數(shù)量C.Graham掃描算法在處理過程中需要對點(diǎn)進(jìn)行排序和棧操作D.Graham掃描算法得到的凸包一定是唯一的7、在圖算法中，深度優(yōu)先搜索（DFS）和廣度優(yōu)先搜索（BFS）是兩種基本的遍歷方法。假設(shè)我們正在對一個(gè)無向圖進(jìn)行搜索。以下關(guān)于DFS和BFS的描述，哪一項(xiàng)是不準(zhǔn)確的？（）A.DFS采用深度優(yōu)先的策略，沿著一條路徑盡可能深入地探索，直到無法繼續(xù)，然后回溯B.BFS則是逐層地訪問圖中的節(jié)點(diǎn)，先訪問距離起始節(jié)點(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)，再訪問距離遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)C.DFS和BFS都可以用于判斷圖是否連通，以及尋找圖中的路徑D.在任何情況下，DFS的性能都優(yōu)于BFS，因?yàn)樗乃阉魃疃雀?、一個(gè)任務(wù)調(diào)度問題，有多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)有不同的截止時(shí)間和完成所需的時(shí)間。要找到一種調(diào)度方案，使得盡可能多的任務(wù)能夠在截止時(shí)間前完成。以下哪種算法可能適用于解決這個(gè)問題？（）A.貪心算法，按照任務(wù)截止時(shí)間的先后順序安排B.動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，計(jì)算每個(gè)狀態(tài)下的最優(yōu)調(diào)度C.模擬退火算法，隨機(jī)生成調(diào)度方案并逐步優(yōu)化D.遺傳算法，通過進(jìn)化操作尋找最優(yōu)調(diào)度9、在計(jì)算幾何算法中，判斷線段是否相交是一個(gè)基本問題。以下關(guān)于判斷線段相交的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.可以通過計(jì)算線段所在直線的交點(diǎn)，并判斷交點(diǎn)是否在線段上，來判斷線段是否相交B.可以使用向量叉積的方法來判斷線段是否相交C.快速排斥實(shí)驗(yàn)和跨立實(shí)驗(yàn)相結(jié)合可以有效地判斷線段是否相交D.判斷線段相交的算法的時(shí)間復(fù)雜度一定是O(1)10、在算法分析中，假設(shè)我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決一個(gè)復(fù)雜的物流配送優(yōu)化問題。該問題涉及到多個(gè)倉庫、大量的客戶訂單以及不同的運(yùn)輸成本和時(shí)間限制。在評估不同算法的性能時(shí)，以下哪個(gè)指標(biāo)通常是最重要的？（）A.時(shí)間復(fù)雜度B.空間復(fù)雜度C.準(zhǔn)確性D.可讀性11、對于排序算法，考慮快速排序在對一個(gè)幾乎有序的數(shù)組進(jìn)行排序時(shí)。以下哪種改進(jìn)措施可能會顯著提高快速排序的性能？（）A.選擇中間元素作為基準(zhǔn)B.采用插入排序?qū)π∫?guī)模子數(shù)組進(jìn)行排序C.增加隨機(jī)化選擇基準(zhǔn)的步驟D.以上措施綜合使用12、在算法的隨機(jī)化算法中，通過引入隨機(jī)因素來提高算法的性能或解決一些確定性算法難以處理的問題。假設(shè)我們正在使用一個(gè)隨機(jī)化算法。以下關(guān)于隨機(jī)化算法的描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.隨機(jī)化快速排序通過隨機(jī)選擇基準(zhǔn)元素來避免最壞情況的發(fā)生，提高平均性能B.隨機(jī)化算法的結(jié)果可能會因?yàn)殡S機(jī)因素的不同而有所差異，但在多次運(yùn)行后通常能夠得到較好的平均性能C.隨機(jī)化算法可以用于解決一些計(jì)算復(fù)雜性理論中的難解問題，如隨機(jī)化選擇算法可以在平均線性時(shí)間內(nèi)從無序數(shù)組中選擇第k小的元素D.隨機(jī)化算法由于引入了不確定性，因此其性能總是不如確定性算法穩(wěn)定和可靠13、快速排序的樞軸元素選擇對算法的性能有很大影響，以下哪種選擇方式通常比較好？（）A.第一個(gè)元素B.最后一個(gè)元素C.中間元素D.隨機(jī)元素14、假設(shè)正在設(shè)計(jì)一個(gè)加密算法，需要保證算法的安全性、加密和解密的效率以及密鑰管理的便利性。以下哪種加密算法或技術(shù)可能是最合適的選擇？（）A.AES對稱加密算法，加密和解密使用相同的密鑰B.RSA非對稱加密算法，使用公鑰和私鑰進(jìn)行加密和解密C.橢圓曲線加密算法，具有較高的安全性和效率D.以上加密算法和技術(shù)根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和組合15、當(dāng)研究算法的理論性能和實(shí)際性能差異時(shí)，假設(shè)一個(gè)算法在理論上具有很好的復(fù)雜度，但在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)不佳。以下哪種原因最有可能？（）A.緩存未命中B.并行化效果不佳C.系統(tǒng)調(diào)度開銷D.以上原因都有可能16、在圖的最小生成樹算法中，Kruskal算法和Prim算法是兩種常見的算法。以下關(guān)于這兩種算法的描述，錯(cuò)誤的是：（）A.Kruskal算法通過不斷選擇權(quán)值最小的邊，只要不形成環(huán)，來構(gòu)建最小生成樹B.Prim算法從一個(gè)起始節(jié)點(diǎn)開始，逐步擴(kuò)展生成樹，每次選擇與生成樹相連的權(quán)值最小的邊C.Kruskal算法的時(shí)間復(fù)雜度主要取決于邊的排序，通常為O(mlogm)，其中m是邊的數(shù)量D.Prim算法的時(shí)間復(fù)雜度總是低于Kruskal算法，因此在實(shí)際應(yīng)用中更優(yōu)17、在圖的最短路徑算法中，Dijkstra算法適用于邊權(quán)值非負(fù)的情況。假設(shè)一個(gè)圖中存在負(fù)權(quán)邊，以下哪種算法可能更適合計(jì)算最短路徑（）A.Bellman-Ford算法B.Floyd-Warshall算法C.A*算法D.以上算法都不適合18、在動(dòng)態(tài)規(guī)劃的應(yīng)用中，背包問題是一個(gè)經(jīng)典的例子。假設(shè)我們有一個(gè)有限容量的背包和一組物品，每個(gè)物品有一定的價(jià)值和重量。以下關(guān)于背包問題的動(dòng)態(tài)規(guī)劃解法描述，哪一項(xiàng)是不正確的？（）A.定義一個(gè)二維數(shù)組來保存不同容量和物品組合下的最優(yōu)價(jià)值B.通過填充這個(gè)數(shù)組，從子問題的解逐步推導(dǎo)出整個(gè)問題的最優(yōu)解C.背包問題的動(dòng)態(tài)規(guī)劃解法可以保證得到最優(yōu)解，但時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度可能較高D.對于所有類型的背包問題（如0-1背包、完全背包、多重背包），都可以使用相同的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，無需進(jìn)行任何修改19、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來解決背包問題，即給定一組物品，每個(gè)物品有一定的價(jià)值和重量，背包有一定的容量限制，要找出在不超過背包容量的前提下能裝入背包的物品的最大總價(jià)值。以下哪種算法策略可能是最有效的？（）A.暴力枚舉所有可能的物品組合，計(jì)算總價(jià)值，但時(shí)間復(fù)雜度非常高B.貪心算法，每次選擇單位重量價(jià)值最高的物品放入背包，但可能無法得到最優(yōu)解C.動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，通過建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程來求解，能得到最優(yōu)解且效率較高D.回溯算法，通過嘗試不同的選擇來找到最優(yōu)解，但可能會出現(xiàn)大量的無效搜索20、假設(shè)要設(shè)計(jì)一個(gè)算法來計(jì)算一個(gè)二叉樹的高度。以下哪種方法可能是最有效的？（）A.對二叉樹進(jìn)行先序遍歷，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的深度，然后找出最大值B.采用后序遍歷，從葉子節(jié)點(diǎn)開始計(jì)算高度，逐步向上傳遞，最終得到根節(jié)點(diǎn)的高度C.中序遍歷二叉樹，同時(shí)計(jì)算節(jié)點(diǎn)高度，但可能會比較復(fù)雜D.隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)，計(jì)算其到根節(jié)點(diǎn)的距離作為樹的高度二、簡答題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）簡述搜索算法中的順序搜索和二分搜索的區(qū)別。2、（本題5分）簡述動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法解決矩陣鏈乘法問題的步驟。3、（本題5分）以最長回文子串問題為例，說明動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的解法。4、（本題5分）分析快速排序在最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度，并提出改進(jìn)方法。5、（本題5分）簡述分治法的基本思想和應(yīng)用場景。三、設(shè)計(jì)題（本大題共5個(gè)小題，共25分)1、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，求解字符串匹配問題的多種算法比較。2、（本題5分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法，對一個(gè)數(shù)組進(jìn)行堆排序。3、（本題5分）設(shè)計(jì)算法找出給定整數(shù)數(shù)組中所有相鄰元素差的絕對值之和最小的子數(shù)組。4、（本題5分）設(shè)計(jì)一個(gè)算法，在給定的有序數(shù)組中進(jìn)行二分查找。5、（本題5分）實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法，求解最大流問題的Edmonds-Karp算法的改進(jìn)算法。四、分析題（本大題共3個(gè)小題，共30分)1、（本題10分）給定