唐山幼儿师范高等专科学校《数据结构2》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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唐山幼儿师范高等专科学校
《数据结构2》2023-2024学年第一学期期末试卷
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、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

2、设计一个基于音频运放的耳机均衡器，能够对不同频段的音频进行独立的增益调节。

3、设计一个数字信号调制解调扩展电路，能够增加调制解调的方式和速度，并且具有纠错功能。

4、以下哪种排序算法在平均情况下和最坏情况下的时间复杂度差异最大？（ ）
A. 冒泡排序 B. 插入排序 C. 快速排序 D. 选择排序

5、设计一个图像处理中的图像压缩率失真优化方案，分析压缩效率和图像质量的平衡。

6、对于一个具有 n 个节点的 AVL 树，其平均查找长度的量级为？（ ）
A. O(1)
B. O(logn)
C. O(n)
D. O(nlogn)

7、设计一个基于 PLC 的电梯控制系统，能够实现电梯的上升、下降、停靠、开门、关门等功能，并具备超载报警和故障诊断功能。

8、设计一个数字信号处理中FFT算法的硬件加速方案，采用FPGA或专用芯片实现，提高运算速度。

9、设计一个基于蓝牙低能耗（BLE）技术的健康监测设备，能够采集人体生理参数（如心率、血压等）并传输到手机端。

10、利用射频技术设计一个无线充电器，能够为特定设备进行高效的无线充电，分析充电效率和安全性。

11、设计一个音频均衡器，能够对音频信号进行10段均衡调节，给出系统方案和滤波器参数计算。

12、设计一个温度控制系统扩展电路，能够增加温度控制的精度和稳定性，并且具有远程控制功能。

13、设计一个基于FPGA的高速数据加密系统，支持AES或RSA加密算法，给出硬件实现和性能分析。

14、设计一个高通滤波器，截止频率为500Hz，通带增益为2，阻带衰减大于30dB，采用切比雪夫滤波器设计，给出电路参数和仿真结果。

15、设计一个基于单片机的太阳能充电控制器，能够实现对太阳能电池板的最大功率跟踪和蓄电池的充电管理。

16、在一个最小堆中，删除堆顶元素后，需要重新调整堆以保持其性质。以下哪种操作是正确的？（ ）
A. 将最后一个元素移到堆顶，然后向下调整
B. 将第一个元素移到末尾，然后向上调整
C. 重新构建整个堆
D. 不进行任何操作

17、设计一个基于锁相环的时钟同步系统，能够使多个设备的时钟保持同步，同步精度不大于 1μs。

18、设计一个通信系统中的多输入多输出（MIMO）传输方案，分析系统容量和误码率性能。

19、设计一个直流稳压电源，能够输出稳定的直流电压，具有过压保护、过流保护等功能。

20、利用数字电路技术，设计一个智能公交站牌系统，显示车辆实时位置和预计到达时间。

21、当使用快速排序算法对一个数组进行排序时，选择基准元素的策略对算法的性能有很大影响。假设总是选择数组的第一个元素作为基准，在某些特殊情况下可能会导致算法的性能变差。以下哪种情况可能导致这种现象（ ）
A. 数组已经是有序的
B. 数组元素的值都相同
C. 数组元素随机分布
D. 以上情况都不会

22、在一个电商网站的订单处理系统中，需要按照订单生成的时间顺序依次处理订单，同时能够在任意时刻查看最早未处理的订单。以下哪种数据结构能够满足这种需求？（ ）
A. 顺序表，按顺序存储订单，但插入和删除操作可能导致大量元素移动
B. 链表，便于插入和删除，但不便于快速获取最早订单
C. 栈，后进先出，不符合订单处理的顺序要求
D. 队列，先进先出，符合订单按时间顺序处理的需求

23、设计一个基于PLC的自动化生产线控制系统，能够实现对多个工位的顺序控制、逻辑控制和故障诊断，提供控制程序和I/O分配表。

24、想象一个需要对大量浮点数进行排序的任务，并且要求排序的稳定性（即相同值的元素相对顺序保持不变）。以下哪种排序算法可能是最合适的？（ ）
A. 冒泡排序，稳定但效率低
B. 快速排序，不稳定，效率较高
C. 归并排序，稳定且在大数据量时效率较好
D. 选择排序，不稳定且效率一般

25、在数据结构中，栈是一种特殊的线性表，其操作具有特定的限制。以下关于栈的描述，正确的是：（ ）
A. 栈的插入和删除操作只能在表的一端进行，按照后进先出的原则
B. 栈可以在表的任意位置进行插入和删除操作，操作灵活
C. 栈的存储空间可以是不连续的，通过指针来连接各个元素
D. 栈的元素存储顺序和取出顺序没有必然联系，取决于操作的随机性

26、利用电力电子技术设计一个不间断电源（UPS）系统，在市电中断时能够为负载提供持续的电力供应。

27、设计一个基于传感器网络的地下停车场智能照明系统，根据车辆和人员活动自动控制灯光。

28、在选择合适的数据结构时，需要考虑多种因素。以下关于数据结构选择的考虑因素，哪一项是不正确的？（ ）
A. 数据的规模和操作的频繁程度会影响数据结构的选择
B. 对数据的访问方式（如随机访问、顺序访问）也是选择的重要因素
C. 空间效率通常比时间效率更重要，应优先考虑节省存储空间
D. 数据结构的可扩展性和灵活性在某些情况下也需要纳入考虑

29、设计一个直流稳压电源，能够提供稳定的输出电压，具有过流保护和短路保护功能，给出电路设计和性能测试分析。

30、递归是一种编程技术，在数据结构和算法中经常用到。以下关于递归的描述，错误的是：（ ）
A. 递归函数直接或间接调用自身
B. 递归算法通常比非递归算法更简洁易懂
C. 递归算法的执行效率总是高于非递归算法
D. 递归在处理某些问题时，如树和图的遍历，非常方便

二、综合题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）某电商平台的促销活动管理系统需要记录活动信息和参与用户信息，活动信息包括活动ID、活动名称、活动规则、开始时间、结束时间，参与用户信息包括用户ID、活动ID、参与时间。设计数据结构来存储这些数据，能够快速查询活动详情、统计参与人数、判断用户是否参与活动，并在活动结束后进行数据清理。

2、（本题5分）在一个在线旅游攻略分享平台中，需要管理目的地信息、用户攻略、景点评价和热门路线等。设计一种数据结构来存储这些信息，支持目的地和景点的添加、删除和修改，用户攻略的发布和分享，景点评价的管理，以及热门路线的推荐，并能够根据用户兴趣和行为进行个性化的攻略推送。

3、（本题5分）某电商平台的物流配送路径规划系统需要存储配送地点和路径信息，包括地点编号、地点名称、经度、纬度、相邻地点等。系统要实现快速查找最短配送路径、按照距离对配送地点进行排序、新增配送地点、修改路径信息。请选择恰当的数据结构，并详细说明算法和代码实现，以及性能评估。

4、（本题5分）某城市的公共交通卡管理系统需要记录用户信息、充值记录、消费记录和卡余额等。设计一种数据结构来存储这些信息，实现用户的注册、充值、消费和挂失操作，充值和消费记录的查询和统计，以及卡余额的实时更新，并能够防范欺诈行为和保障用户资金安全。

5、（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。

三、简答题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）论述在树的平衡调整算法中，如何分析旋转操作对树的高度和性能的影响。

2、（本题5分）详细阐述 B 树中如何处理节点的删除导致的树的结构变化。

3、（本题5分）数组的排序算法中，计数排序的实现过程是怎样的？时间复杂度和空间复杂度分别是多少？适用于哪些情况？

4、（本题5分）论述在贪心算法的局限性分析中，举例说明在哪些情况下贪心算法不能得到最优解。

5、（本题5分）解释如何在一个链表中删除所有值为指定值的节点，给出算法步骤和实现代码，并分析其时间复杂度。

四、设计题（本大题共2个小题，共20分)
1、（本题10分）探讨后缀树在基因序列分析中的应用，设计相关算法和数据结构。

2、（本题10分）实现一个算法，计算一个图的匹配。

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