新疆机电职业技术学院《数据结构Ⅰ》2023-2024学年第一学期期末试卷.doc

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新疆机电职业技术学院《数据结构Ⅰ》
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、假设正在设计一个网络爬虫程序，需要存储已经访问过的网页 URL ，并快速判断一个新的 URL 是否已经被访问过。由于需要处理大量的 URL ，内存使用效率也很重要。以下哪种数据结构最适合用于解决这个问题？（ ）
A. 集合，快速判断元素是否存在
B. 链表，顺序存储访问过的 URL
C. 栈，按照访问顺序存储 URL
D. 队列，先进先出地处理 URL

2、利用数字电路技术，设计一个图书馆自助借还书系统，实现图书的自动借阅、归还和管理。

3、设计一个基于蓝牙模块的智能家居安防系统，能够实时监测门窗状态、入侵情况，并向用户发送报警信息。

4、设计一个基于运算放大器的正弦波振荡器，能够产生稳定的正弦波信号，频率和幅度可调。

5、设计一个数字信号量化电路，确定量化级数和编码方式，分析量化误差对信号质量的影响。

6、基于通信中的频谱资源管理技术设计一个动态频谱分配系统，提高频谱利用率。

7、堆是一种特殊的树形数据结构，分为大顶堆和小顶堆。假设存在一个小顶堆，其数组表示为 [1, 3, 5, 7, 9, 11]。现在要插入一个值 2，为了保持堆的性质，需要进行一系列调整操作。以下哪种调整方式是正确的？（ ）
A. 直接将 2 插入末尾，无需调整
B. 将 2 与父节点比较，若小于父节点则交换位置，直到满足堆的性质
C. 将 2 与子节点比较，若大于子节点则交换位置，直到满足堆的性质
D. 重新构建整个堆

8、设计一个基于光电传感器的自动化仓储货架系统，能够自动存取货物并进行库存管理。

9、设计一个无线通信中的智能天线系统，实现波束的自适应控制，分析系统性能提升效果。

10、设计一个高频变压器，工作频率在100kHz，输入电压为24V，输出电压为12V/5A，给出变压器参数计算和绕制方法。

11、设计一个基于蓝牙 5.0 的音频传输系统，能够实现高质量的无线音频传输，传输距离不小于 20 米，支持双声道。

12、设计一个基于蓝牙和传感器的可穿戴健康监测设备，实时监测心率、体温等生理参数。

13、设计一个音频功率放大器的散热系统，保证放大器在高功率输出时的稳定工作，给出散热系统的设计和热分析。

14、设计一个无线通信中的认知无线电频谱感知和接入方案，分析频谱利用效率。

15、运用集成电路设计技术，设计一款低功耗的数字时钟芯片，具备时分秒显示、定时功能以及低电压工作模式。

16、设计一个数字信号调制解调纠错电路，能够对调制解调过程中的错误进行检测和纠正，提高通信的可靠性。

17、栈是一种特殊的线性表，其操作遵循后进先出的原则。在实际应用中，栈有着广泛的用途。以下关于栈的叙述中，不正确的是（ ）
A. 栈可以用于表达式求值
B. 栈可以用来实现递归函数的调用
C. 栈的存储结构只能是顺序存储
D. 栈顶元素是最后入栈的元素，也是最先出栈的元素

18、假设正在实现一个缓存系统，需要存储最近访问过的数据，当缓存满时删除最久未使用的数据。以下哪种数据结构和策略可以用于实现这个缓存？（ ）
A. 队列，先进先出删除数据
B. 栈，后进先出删除数据
C. 链表结合 LRU（最近最少使用）策略
D. 数组，随机删除数据

19、设计一个通信系统复用设备，能够实现时分复用、频分复用或波分复用功能，分析复用效率和资源利用率。

20、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

二、简答题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）在图的遍历中，如何处理大规模图的并行计算问题？有哪些并行算法和技术适用于大规模图的遍历？

2、（本题5分）解释在一个带权无向图中，如何使用弗洛伊德算法求解任意两点之间的最短路径，说明算法的空间复杂度和时间复杂度。

3、（本题5分）比较冒泡排序和快速排序在对小规模数据的处理速度。

4、（本题5分）解释如何在一个有序数组中进行二分查找的同时统计目标值出现的次数。

5、（本题5分）论述如何在一个带权有向图中计算源点到所有顶点的最大路径长度。

三、设计题（本大题共5个小题，共25分)
1、（本题5分）给定一个整数数组，设计算法找出其中所有长度为 k 且和最大的连续子数组。

2、（本题5分）设计一个程序，使用插入排序算法对一个有向图的出度进行排序。

3、（本题5分）设计一个程序，利用图的数据结构表示电路图，实现电路中两点之间的连通性检查功能。

4、（本题5分）设计一个程序，使用链表实现双向链表的插入和删除操作，展示操作过程和结果。

5、（本题5分）设计一个算法，在一个带权有向图中找出经过指定顶点次数不超过 k 的最短路径。

四、综合题（本大题共3个小题，共30分)
1、（本题10分）某社交平台需要存储用户的好友关系数据。每个用户有一个唯一的用户ID，好友关系是双向的。请设计数据结构来表示用户之间的好友关系，能够快速查询某个用户的好友列表、判断两个用户是否为好友、添加或删除好友关系，并计算用户的好友数量。

2、（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。

3、（本题10分）一个医院的挂号系统需要记录患者的挂号信息，包括患者姓名、身份证号、挂号科室、医生姓名、挂号时间、就诊状态等。请设计数据结构来管理这些挂号数据，支持快速查找患者的挂号记录、按照科室或医生分类查询、更新就诊状态，并统计每个科室的挂号人数。

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