2026年程序设计挑战赛试题集算法与编程

2026年程序设计挑战赛试题集算法与编程一、选择题（共5题，每题2分，总计10分）考察点：基础算法、数据结构、编程语言特性。题目1：给定一个链表，判断链表中是否存在环。若存在，返回环的入口节点；否则返回`null`。以下哪种方法时间复杂度最低？A.使用哈希表记录节点B.快慢指针法C.遍历并统计链表长度D.递归检查每个节点是否重复访问题目2：在快速排序中，若要避免最坏情况（如已排序数组），应优先选择哪种方法？A.随机选择基准B.选择中位数作为基准C.选择第一个元素作为基准D.选择最后一个元素作为基准题目3：以下哪种数据结构适合实现LRU（最近最少使用）缓存？A.哈希表+链表B.哈希表+栈C.优先队列+哈希表D.哈希表+优先队列题目4：在多线程编程中，以下哪种同步机制可能导致死锁？A.互斥锁（Mutex）B.读写锁（ReadWriteLock）C.可重入锁（ReentrantLock）D.信号量（Semaphore）题目5：对于大规模数据集（如TB级），以下哪种数据库最适用于读写高性能场景？A.关系型数据库（MySQL）B.NoSQL数据库（MongoDB）C.列式数据库（HBase）D.键值数据库（Redis）二、填空题（共5题，每题2分，总计10分）考察点：算法原理、编程术语。题目6：冒泡排序的平均时间复杂度为______。题目7：在二叉搜索树中，查找一个元素的最坏时间复杂度为______。题目8：分布式系统中，CAP理论中的“P”（一致性）和“A”（可用性）不能同时满足，此时应优先选择______。题目9：在Python中，`args`和`kwargs`分别用于传递______和______参数。题目10：HTTP协议中，状态码`403Forbidden`表示______。三、简答题（共3题，每题5分，总计15分）考察点：算法设计、编程实践。题目11：简述Dijkstra算法的原理及其适用场景。题目12：解释什么是“线程池”，并说明其优缺点。题目13：在分布式缓存中，如何解决数据一致性问题？四、编程题（共3题，每题15分，总计45分）考察点：代码实现、算法应用。题目14（10分）：题目描述：设计一个函数，将一个非降序排列的数组转换为二叉搜索树（BST），要求转换后的树高度最小。示例输入：`[1,2,3,4,5]`示例输出：3/\24/\15题目15（10分）：题目描述：实现一个LRU缓存，支持`get`和`put`操作。`get(key)`返回键对应的值，若不存在返回-1；`put(key,value)`将键值对插入缓存，若缓存已满则删除最近最少使用的元素。要求：-使用哈希表和双向链表实现，时间复杂度为O(1)。题目16（25分）：题目描述：给定一个字符串，找到其中不重复的最长子串的长度。例如：输入`"abcabcbb"`，输出`3`（对应子串`"abc"`）。要求：-使用滑动窗口技术实现，时间复杂度为O(n)。答案与解析一、选择题答案1.B-快慢指针法（Floyd'sTortoiseandHare）时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)，优于哈希表法（O(n)空间）。2.A-随机选择基准可避免最坏情况（如已排序数组），平均时间复杂度为O(nlogn)。3.A-哈希表实现O(1)访问，双向链表维护顺序，符合LRU逻辑。4.A-互斥锁若未正确释放，易导致死锁。5.C-列式数据库（如HBase）适合大规模数据的高并发读写。二、填空题答案6.O(n²)-冒泡排序每次比较需交换相邻元素，平均需遍历n次。7.O(h)（h为树高）-二叉搜索树最坏情况（退化成链表）为O(n)，平衡树为O(logn)。8.一致性（Consistency）-CAP理论中，分布式系统需在一致性、可用性、分区容错性中权衡，通常优先保证一致性。9.位置参数、关键字参数-`args`用于非关键字可变参数，`kwargs`用于关键字可变参数。10.禁止访问资源-403表示服务器理解请求，但拒绝执行（如权限不足）。三、简答题答案11.Dijkstra算法原理：-基于贪心策略，从起点出发，逐步扩展最短路径，维护已访问节点和未访问节点的距离表。-适用场景：带权图的单源最短路径问题，边权重非负。12.线程池解释：-管理一组可复用线程的池，避免频繁创建销毁线程的开销。-优点：提高系统性能、减少资源消耗；缺点：可能导致任务排队、响应延迟。13.分布式缓存数据一致性：-使用分布式锁、版本号机制或最终一致性方案（如Redis发布订阅）。四、编程题答案题目14（示例代码，Python）：pythonclassTreeNode:def__init__(self,val=0,left=None,right=None):self.val=valself.left=leftself.right=rightdefsorted_array_to_bst(nums):ifnotnums:returnNonemid=len(nums)//2root=TreeNode(nums[mid])root.left=sorted_array_to_bst(nums[:mid])root.right=sorted_array_to_bst(nums[mid+1:])returnroot题目15（示例代码，Python）：pythonclassLRUCache:def__init__(self,capacity:int):self.capacity=capacityself.cache={}self.head,self.tail=ListNode(0),ListNode(0)self.head.next=self.tailself.tail.prev=self.headdef_add_node(self,node):node.prev=self.headnode.next=self.head.nextself.head.next.prev=nodeself.head.next=nodedef_remove_node(self,node):prev_node=node.prevnext_node=node.nextprev_node.next=next_nodenext_node.prev=prev_nodedef_move_to_head(self,node):self._remove_node(node)self._add_node(node)def_pop_tail(self):res=self.tail.prevself._remove_node(res)returnresdefget(self,key:int)->int:node=self.cache.get(key,None)ifnotnode:return-1self._move_to_head(node)returnnode.valdefput(self,key:int,value:int)->None:node=self.cache.get(key)ifnotnode:newNode=ListNode(key,value)self.cache[key]=newNodeself._add_node(newNode)iflen(self.cache)>self.capacity:tail=self._pop_tail()delself.cache[tail.key]else:node.val=valueself._move_to_head(node)题目16（示例代码，Python）：pythondeflength_of_longest_substring(s:str)->int:char_set=set()left=0max_len=0forrightinran