华南理工大学《随机算法》2025-2026学年第一学期期末试卷

学校________________班级____________姓名____________考场____________准考证号学校________________班级____________姓名____________考场____________准考证号…………密…………封…………线…………内…………不…………要…………答…………题…………第1页，共3页华南理工大学《随机算法》2025-2026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25个小题，每小题1分，共25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、想象一个需要对一个数组进行划分，使得左边的元素都小于某个基准值，右边的元素都大于基准值。以下哪种算法可能是最适合的？（）A.冒泡排序的思想，通过多次交换实现划分B.选择数组的第一个元素作为基准，然后进行调整C.随机选择一个元素作为基准，通过快速排序的分区过程实现划分D.计算数组的平均值作为基准，然后进行划分2、想象一个需要在一组未排序的整数数组中查找第K小的元素的问题。以下哪种算法可能是最合适的？（）A.先对数组进行排序，然后直接找到第K个元素，但排序的时间复杂度较高B.使用快速选择算法，基于快速排序的思想，平均时间复杂度较低，能有效地找到第K小的元素C.构建一个最大堆，然后进行K次删除操作，时间复杂度相对较高D.遍历数组，逐个比较找到第K小的元素，效率低下3、某算法需要在一个无序数组中查找第k小的元素。如果要求算法的平均时间复杂度为O(n)，以下哪种算法可能是合适的选择？（）A.冒泡排序后查找B.快速排序的变形算法C.插入排序后查找D.归并排序后查找4、在算法的优化中，剪枝是一种常用的技巧。以下关于剪枝的描述，不准确的是：（）A.剪枝通过提前判断某些分支不可能产生最优解，从而避免对这些分支的搜索，提高算法效率B.剪枝可以应用于搜索算法、动态规划等多种算法中C.剪枝的效果取决于问题的性质和剪枝条件的准确性D.剪枝一定会降低算法得到最优解的可能性5、假设要解决一个组合优化问题，已知问题的解空间非常大，无法通过穷举法找到最优解。以下哪种启发式算法可能有助于找到近似最优解？（）A.模拟退火算法B.归并排序算法C.快速排序算法D.冒泡排序算法6、在分治法的应用中，快速排序是一个典型的例子。假设对一个几乎有序的数组进行排序，快速排序的性能可能会受到影响。为了改进这种情况下的性能，以下哪种方法可能有效（）A.改用冒泡排序B.采用随机选择基准元素C.增加排序的趟数D.以上方法都无效7、对于分治法，考虑一个大型数组需要进行排序的情况。如果我们将数组不断地分割成较小的子数组并分别排序，最后合并这些已排序的子数组。以下哪种情况可能导致分治法在这种排序问题上效率不高？（）A.子数组的规模差异过大B.合并操作的复杂度较高C.数组元素的分布极不均匀D.递归调用的开销过大8、想象一个需要对一个平衡二叉树进行插入操作的情况。以下哪种方法可能是最有效的保持树的平衡？（）A.每次插入后进行自顶向下的调整，通过旋转操作保持平衡B.先插入，然后在需要时进行自底向上的调整和旋转C.插入后重建整个平衡二叉树D.不进行任何调整，允许树暂时失去平衡，在后续操作中再处理9、在动态规划的应用中，最长公共子序列（LCS）问题是一个经典问题。以下关于LCS问题的描述，错误的是：（）A.LCS问题是指找出两个序列的最长公共子序列的长度B.求解LCS问题可以通过构建二维数组来记录中间结果，自底向上地计算C.LCS问题的最优子结构性质是指LCS的子序列也是原序列的LCSD.LCS问题的时间复杂度为O(mn)，其中m和n分别是两个序列的长度，空间复杂度为O(min(m,n))10、假设正在开发一个算法来解决动态规划问题，例如计算一个给定数组中不相邻元素的最大和。需要通过分析子问题并利用其结果来构建最终的解。在这种情况下，以下哪个步骤对于设计有效的动态规划算法是至关重要的？（）A.定义状态B.确定状态转移方程C.初始化边界条件D.以上步骤都很重要11、动态规划是另一种重要的算法设计策略，它通过将问题分解为子问题并保存子问题的解来避免重复计算。以下关于动态规划的说法中，错误的是：动态规划通常适用于具有最优子结构和子问题重叠性质的问题。动态规划的时间复杂度和空间复杂度可能较高。那么，下列关于动态规划的说法错误的是（）A.动态规划可以通过自顶向下或自底向上的方式实现B.动态规划的解一定是全局最优解C.动态规划需要确定状态转移方程和边界条件D.动态规划在解决某些问题时比贪心算法更有效12、在算法设计中，时间复杂度和空间复杂度是衡量算法性能的重要指标。假设需要对一个包含n个元素的数组进行排序，以下哪种排序算法在平均情况下的时间复杂度为O(nlogn)，但空间复杂度为O(1)（）A.冒泡排序B.快速排序C.归并排序D.堆排序13、在研究分治算法时，需要将一个大问题分解为多个较小的、相似的子问题，并分别解决这些子问题，然后将结果合并。假设要计算一个大规模矩阵的乘法，以下哪种基于分治思想的算法可能适用？（）A.普通的矩阵乘法算法B.Strassen矩阵乘法算法C.高斯消元法D.以上算法都不适用14、假设要在一个有序数组中查找一个特定的值，并且要求在查找过程中平均比较次数最少。以下哪种查找算法可能是最合适的？（）A.顺序查找B.二分查找C.插值查找D.斐波那契查找15、以下哪个数据结构可以高效地进行插入和删除操作，并且可以快速地找到最小值？（）A.数组B.链表C.栈D.堆16、考虑一个用于解决背包问题的近似算法，它能在较短时间内给出一个接近最优解的结果。以下关于近似算法的优点，哪个是正确的（）A.一定能得到最优解B.计算速度快C.复杂度低D.以上都是17、在数据结构中，二叉搜索树是一种常用的动态数据结构。假设我们正在操作一个二叉搜索树。以下关于二叉搜索树的描述，哪一项是不准确的？（）A.二叉搜索树的左子树中的节点值都小于根节点的值，右子树中的节点值都大于根节点的值B.插入、删除和查找操作在平均情况下的时间复杂度为O(logn)，但在最坏情况下可能退化为O(n)C.平衡二叉树（如AVL树和红黑树）是对二叉搜索树的改进，保证了在任何情况下的时间复杂度都为O(logn)D.二叉搜索树只适用于对数据进行查找操作，不适合进行插入和删除操作18、回溯法是一种通过穷举所有可能的解来寻找问题的解的算法。以下关于回溯法的描述，错误的是：（）A.回溯法在搜索过程中，如果发现当前的选择无法得到可行解，就会回溯到上一个选择点，重新进行选择B.回溯法通常用于求解组合优化问题，如0-1背包问题、八皇后问题等C.回溯法的时间复杂度通常很高，一般只适用于小规模的问题D.回溯法在搜索过程中不会重复尝试已经尝试过的选择，以提高搜索效率19、假设要设计一个算法来解决一个NP完全问题，由于找到精确解的时间复杂度很高，通常会采用以下哪种方法？（）A.设计一个确定性的多项式时间算法B.使用近似算法找到近似解C.放弃解决，寻找其他可替代的问题D.不断尝试不同的随机算法，期望找到最优解20、假设正在分析一个递归算法的空间复杂度，该算法在递归过程中会创建多个函数调用帧。如果递归的深度与输入规模n成正比，那么该算法的空间复杂度主要取决于什么？（）A.递归调用的次数B.每次递归调用所使用的局部变量空间C.输入数据的大小D.以上因素综合考虑21、在字符串匹配算法中，KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法相比朴素的字符串匹配算法有更高的效率。假设要在一个长文本中查找一个短模式串，以下关于KMP算法的优点，哪个描述是正确的（）A.减少不必要的字符比较B.不需要预处理模式串C.适用于所有类型的字符串D.以上都不对22、在图算法中，深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）是两种基本的遍历算法。以下关于这两种算法的描述，错误的是：（）A.DFS采用递归或栈的方式实现，而BFS采用队列的方式实现B.DFS可能会陷入深度很深的分支，而BFS能够保证先访问距离起始节点较近的节点C.对于无向图，DFS和BFS都可以用于判断图是否连通D.DFS和BFS的时间复杂度都与图的节点数量和边的数量无关23、最短路径算法在图论中具有重要应用。假设我们要在一个加权有向图中找到从源节点到其他所有节点的最短路径。以下关于最短路径算法的描述，哪一项是不正确的？（）A.Dijkstra算法适用于所有边的权值为非负的图，可以高效地找到单源最短路径B.Bellman-Ford算法可以处理存在负权边的图，但时间复杂度相对较高C.Floyd-Warshall算法可以用于求解任意两点之间的最短路径，但空间复杂度较高D.对于大规模的图，无论其权值特点如何，都应该优先选择Bellman-Ford算法来求解最短路径24、在算法的并行化方面，并行计算可以提高算法的执行效率。假设我们要对一个可以并行化的算法进行并行实现。以下关于算法并行化的描述，哪一项是不正确的？（）A.可以通过将问题分解为多个子任务，并在多个处理器或计算核心上同时执行这些子任务来实现并行化B.并非所有的算法都适合并行化，有些算法由于其内在的依赖关系，并行化的效果可能不明显C.并行化总是能够显著提高算法的性能，并且不会带来额外的开销，如通信和同步成本D.在设计并行算法时，需要考虑数据划分、任务分配、通信和同步等问题25、考虑一个矩阵乘法问题，需要计算两个大规模矩阵的乘积。如果采用传统的直接计算方法，时间复杂度较高。为了提高计算效率，可以采用以下哪种算法？（）A.Strassen算法B.冒泡排序算法C.插入排序算法D.选择排序算法二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）解释在美容美发行业中的形象设计和客户管理算法。2、（本题5分）以最优投资组合问题为例，分析动态规划算法的解法。3、（本题5分）简述在生物信息学中的序列比对算法。4、（本题5分）说明如何用分支限界法解决图的着色问题。三、设计题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）编写一个算法，在给定的整数数组中进行快速排序。2、（本题5分）实现一个算法，在一个线段树中进行更新操作。3、（本题5分）设计一个算法，找出一个二叉树中所有距离为k的节点。4、（本题5分）编写一个算法，对给定的整数数组进行冒泡排序。5、（本题5分）编写一个算法，计算给定无向图的割点。四、分析题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）探讨一个用于在链表中进行插入排序的算法。描述链表的结构和