安徽理工大学《数据科学与工程》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《数据科学与工程》2021-2022学年第一学期期末试卷院(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15个小题，每小题2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、设计一个具有自动增益控制和动态范围压缩功能的音频处理系统，提高音频质量，给出系统设计和性能评估。2、根据传感器原理，设计一个用于智能家居的人体红外感应系统，能够实现自动开灯、关空调等智能控制。3、设计一个基于ADC的电压测量系统，测量范围为0-10V，精度为0.01V，通过数码管显示测量结果。4、假设正在开发一个股票交易系统，需要实时记录每只股票的价格变化，并能够快速地找出价格涨幅最大和跌幅最大的股票。同时，要支持对股票价格的历史数据进行分析。以下哪种数据结构和算法的搭配最适合这个系统？（）A.最大堆和最小堆，分别存储涨幅和跌幅最大的股票信息B.红黑树和中序遍历，获取股票价格的排序C.跳表和插入排序，更新股票价格数据D.线段树和归并排序，分析股票价格历史数据5、设计一个音频功率放大器的保护电路，包括过流保护、过热保护和短路保护，给出电路结构和工作原理。6、设计一个基于PLC的自动化包装生产线控制系统，能够完成产品的包装、封口、贴标等操作。7、二分查找是一种在有序数组中进行查找的高效算法。以下关于二分查找的描述，错误的是（）A.每次将查找范围缩小一半，逐步逼近目标元素B.二分查找的时间复杂度为O(log₂n)C.二分查找要求数组必须是有序的，且只能用于数组，不能用于链表D.二分查找在所有情况下都比顺序查找快8、设计一个射频收发电路，工作在特定频段，能够实现高效的信号发射和接收，同时具备良好的线性度和灵敏度。9、在一个需要频繁进行字符串匹配和查找的系统中，例如在搜索引擎的索引构建中，以下哪种数据结构可能会被优先考虑？（）A.二叉树，一般的二叉树在字符串查找中效率不高B.字典树（Trie），特别适合字符串的存储和查找，节省空间和时间C.链表，查找效率低，不适合大量字符串的快速查找D.堆，主要用于排序和优先级处理，不是字符串查找的首选10、利用通信原理知识，设计一个无线数据传输系统，能够在一定距离内稳定传输数字信号，具备抗干扰和纠错能力，且传输速率达到特定要求。11、设计一个基于ZigBee技术的无线智能家居安防系统，能够实时监测门窗状态、烟雾浓度、入侵情况等，并进行报警。12、设计一个基于光电传感器的自动照明控制系统，能够根据环境光线强度自动调节灯光亮度，实现节能和舒适的照明效果。13、设计一个基于无线通信技术的智能交通信号控制系统，能够根据实时交通流量优化信号灯时间。14、设计一个基于FPGA的视频图像处理系统，实现图像的缩放、旋转等功能，给出硬件设计和图像处理算法。15、设计一个具有自动增益控制功能的放大器，能够根据输入信号的幅度自动调整增益，给出电路设计和性能测试报告。二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）论述如何利用图的深度优先搜索算法生成图的生成树。2、（本题5分）深入分析在具有n个顶点和e条边的有向图中，如何计算图的传递闭包，并给出一种有效的算法和代码示例。3、（本题5分）详细阐述在一个具有n个顶点的无向图中，如何判断其是否为连通图，并给出相应的算法。三、综合题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）在一个在线宠物管理系统中，需要管理宠物信息、主人信息、宠物健康记录和疫苗接种情况等。设计一种数据结构来存储这些信息，实现宠物和主人信息的录入和修改，宠物健康记录的跟踪，疫苗接种的提醒和记录，并能够提供宠物健康和养护的建议。2、（本题5分）某电商平台需要对用户的购买记录进行分析，以了解用户的消费习惯。购买记录以链表形式存储，每个节点包含用户ID、商品ID、购买时间和购买金额等信息。请设计算法实现以下功能：（1）统计每个用户的总消费金额；（2）找出消费金额最高的前10个用户；（3）按照购买时间对购买记录进行排序。分析算法的时间复杂度和空间复杂度。3、（本题5分）某在线音乐平台的歌曲管理系统需要存储歌曲信息，如歌曲编号、歌曲名称、歌手、专辑、播放次数等。系统要实现快速查找特定歌曲、按照播放次数对歌曲进行排序、新增歌曲、删除歌曲以及更新歌曲的播放次数。请确定合适的数据结构，并详细阐述算法和代码实现，同时讨论性能优化方法。4、（本题5分）一个在线心理咨询平台需要记录咨询者的问题、咨询师的回答和咨询进度。设计数据结构来保护用户隐私，并支持咨询记录的查询和统计。5、（本题5分）假设一个在线健身平台需要记录用户的运动计划、运动记录和身体指标。运动计划包括计划ID、用户ID、运动项目、运动时间，运动记录包括记录ID、用户ID、运动日期、运动时长、消耗卡路里，身体指标包括指标ID、用户ID、体重、体脂率、血压。请设计数据结构来管理用户的健身数据，实现运动计划的制定和调整、运动记录的分析、身体指标的跟踪，并为用户提供个性化的健身建议。四、设计题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）设计一个程序，使用Bellman-Ford算