大学软件构建上册《数据类型与结构设计》练习题

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本单元考点（4 个）

基本数据类型的合理选择抽象数据类型的设计原则数据结构选择与算法效率权衡类型安全与数据封装

本单元练习题（27 题）

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1. 某团队为“待处理任务队列”设计抽象数据类型，要求以后更换内部存储方式时，调用方无需修改且可观察到的行为不变。下列设计最符合抽象数据类型的设计原则的是： A. 将内部存储结构及其字段公开，供调用方直接读写 B. 仅公开入队、出队和判空操作，并明确规定这些操作的行为 C. 要求调用方按内部存储结构自行实现入队和出队 D. 允许调用方绕过公开操作直接调整内部存储状态

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2. 某团队为一个「学籍管理」模块设计抽象数据类型 StudentRecord。方案甲：将所有字段（姓名、学号、各科成绩、学分绩点）均声明为 public，外部代码可直接读写任一字段；方案乙：将字段全部设为 private，仅对外暴露 getGPA()、updateScore(course, score) 两个操作，且 updateScore 内部负责校验成绩合法性并同步重算 GPA。从抽象数据类型的设计原则（信息隐藏与封装、通过操作访问表示、表示不变式可维护性）来看，下列判断正确的是：A. 方案甲更好，因为直接访问字段效率更高 B. 方案乙更好，因为它隐藏了内部表示，所有状态变更都经过操作进行，能维护表示不变式 C. 两者等价，关键取决于编程语言 D. 方案甲更好，因为字段越多越开放越符合抽象原则

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3. 某团队设计抽象数据类型「有序集合」，对外仅承诺操作 insert(x)、delete(x)、contains(x) 的语义：插入不重复元素、删除指定元素、判断元素是否存在。内部实现采用平衡二叉搜索树。现需将内部实现替换为有序数组，并遵循抽象数据类型的设计原则。则：调用方代码____（填“需要”或“不需要”）修改；三个操作的____（填“语法签名”或“可观察行为”）必须保持不变；而操作的内部____（填“算法实现”或“语义约定”）允许改变。

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4. 某系统保存按键有序的 n 条静态记录，操作只有按键查找。有人认为改用链表后仍可通过二分查找将最坏查找时间降为 O(log n)，因此链表与有序数组在查找效率上渐近等价。判断该说法正误。

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5. 判断：某团队为一个「课程选课系统」设计抽象数据类型 CourseEnrollment。方案：对外仅提供 enroll、drop、isFull 三个操作并公布其前置与后置条件，同时将内部采用的哈希表存储结构写入公开接口文档，要求调用方利用该哈希表的具体桶分布来优化自己的遍历逻辑。该方案完全符合抽象数据类型「信息隐藏、通过操作接口约定行为」的设计原则。

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6. 某服务频繁按唯一编号查找记录，不需要按编号排序或进行范围查询；记录数量较大且会持续新增。若优先降低平均查找时间，最合适的数据结构是？ A. 无序数组　B. 哈希表　C. 单向链表　D. 有序数组

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7. 判断：某团队为一个「图文档管理系统」设计抽象数据类型 GraphDoc，对外提供 addNode、addEdge、findPath 三个操作。为了保证未来能将邻接表替换为邻接矩阵，设计规范要求调用方只能通过这三个操作访问图数据，且操作的语义（前置条件、后置条件、不变式）保持不变；同时规范指出，允许调用方在性能敏感代码中根据当前内部采用邻接表这一事实做针对性优化。该设计完全符合抽象数据类型的信息隐藏与封装原则。

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8. 某设备的工作模式只能是“待机、运行、维护”之一；外部代码需要读取和修改模式，但不能直接访问内部存储，也不能传入这三种模式之外的值。哪种设计同时满足类型安全与数据封装？ A. 将模式字段声明为 public String B. 将模式字段声明为 private String，并提供接收任意字符串的公开 setter C. 将模式字段声明为 private enum，并提供返回该枚举的公开 getter 和接收该枚举的公开 setter D. 将模式字段声明为 public enum

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9. 某目录当前有 500 条记录，需处理 100 次按键精确查找和 2 次插入。按给定的本次测量模型，排序动态数组每次查找耗 8 个基本步骤、每次插入耗 500 步；平衡搜索树每次查找和插入均耗 12 步。忽略其他开销，选择总步骤较少的数据结构，并填写其总步骤数：____ 步。

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10. 某任务调度系统需要持续接收新任务并每次取出优先级最高的任务执行。若用有序数组（按优先级升序存放）实现，插入一个新任务的平均时间复杂度为 O(____)；若改用二叉堆实现，插入与取最大值的总开销均为 O(log n) 量级。在任务频繁插入的场景下，为使整体效率更优，应选择的数据结构是____。

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11. 某程序需要维护一个元素序列，操作特点：经常在序列尾部插入新元素，并频繁按下标随机访问已有元素。若要求这两种操作的平均时间复杂度都为 O(1)，最合适的数据结构是？ A. 单链表　B. 动态数组（顺序表）　C. 哈希表　D. 二叉搜索树

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12. 某服务定义了抽象数据类型“最近访问记录”，规范只描述对外操作及其可观察行为。实现甲用循环数组存储，实现乙用链表存储；二者对所有合法操作均符合该规范。有人据此断言：既然二者属于同一抽象数据类型，它们的内部表示就必须相同。该断言正确吗？

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13. 某无向简单图有 n 个顶点、m=Θ(n) 条边，邻接表按顶点保存邻居，查询边 (u,v) 是否存在时需扫描 u 的邻居；邻接矩阵用 n×n 的布尔表表示边。有人据此认为邻接表空间更省，所以边存在性查询也渐近更快。判断该说法是否正确。

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14. 某文本处理系统需对一篇长文档执行两类操作：高频操作为在已知单词位置处修改该单词内容，低频操作为在文档中部插入新段落。若采用链表存储文档中的单词序列，对比采用动态数组，下列关于两种操作渐近时间复杂度的判断正确的是 A. 修改均为 O(1)；插入链表为 O(n)、动态数组为 O(n) B. 修改链表为 O(n)、动态数组为 O(1)；插入链表为 O(1)、动态数组为 O(n) C. 修改均为 O(n)；插入均为 O(1) D. 修改均为 O(1)；插入链表为 O(1)、动态数组为 O(n)

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15. 某自动化仓库的任务状态只能是 QUEUED、PICKING、PACKED、CANCELLED 四种之一。设计要求：状态字段不得被类外代码直接读写；类外代码只能调用公开的 transition 方法更新状态，且该方法不接受任意字符串。若 JobState 已定义为仅含上述成员的枚举，字段声明应为____。

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16. 某团队为多项式设计抽象数据类型 Polynomial，对外操作包括 add(p)、multiply(p)、evaluate(x)、degree()。最初规范中 evaluate(x) 的描述是「返回多项式在 x 处的值」。评审时有人建议将其改为「若内部用系数数组按升幂存储，则从下标 0 开始累加 coef[i]*x^i；若用稀疏表示，则遍历非零项累加」。根据抽象数据类型的设计原则，这个修改建议存在的主要问题是： A. 没有定义 degree() 的行为，导致规范不完整 B. 规范描述了内部实现细节，而不是外部可观察行为 C. 没有提供修改系数的操作，违反了操作完备性原则 D. evaluate 应返回多项式而不是数值，违反了类型一致性

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17. 某软件需记录自 1900-01-01 00:00:00 UTC 起至 2100-01-01 00:00:00 UTC 止的累计秒数，时间点含起点、不含终点，全部按无符号整数秒存储。1900 年不是闰年，2000 年是闰年，其余闰年规则按公历。若要求所选无符号二进制整数能覆盖该区间内所有可能秒数，则最少需要 ___ 位。

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18. 设计“温度读数”类型：外部代码只能通过公开方法读取当前值，且赋值时必须拒绝低于绝对零度的数值。该类型应将存储字段设为____，并在赋值方法中进行合法性检查。

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19. 判断：抽象数据类型的设计应明确规定对外可用的操作及其行为，并隐藏内部数据表示；调用方应依赖内部存储结构而不是操作接口。

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20. 程序需记录某设备是否已连接，且该状态只有“已连接”和“未连接”两种取值。相比浮点类型，布尔类型更适合表示这一状态。判断该表述是否正确。

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21. 某设备的温度范围为−200.00℃至150.00℃，要求精确到0.01℃。若将温度值乘以100后存入有符号16位整数，再按比例还原，判断“由于温度带小数，必须使用浮点类型，不能采用这种整数表示法”是否正确。

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22. 某系统需表示“银行账户余额”，要求任何外部代码都不能直接修改余额数值，所有变更必须经由公开方法完成且方法内可加入业务校验。从类型安全与数据封装角度，余额字段与访问方式的最合理设计是（　　） A. 将字段声明为 public，外部直接读写以减少方法调用开销 B. 将字段声明为 private，并提供公开的查询方法与受控的变更方法，在变更方法中校验 C. 将字段声明为 protected，允许任意子类与同包代码直接修改 D. 将字段声明为默认可见性（包级私有），同包代码可绕过校验直接赋值

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23. 某系统需要设计“银行账户余额”类型：外部代码只能通过公开方法读取当前余额，且任何直接篡改余额字段的操作都应被禁止。按照数据封装原则，应将该类型的存储字段访问级别设为____，并向外提供公开的读取方法供调用方获取余额。

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24. 某程序需要频繁按下标读取动态序列中的元素。与链表相比，动态数组通常更合适，因为它支持 O(1) 随机访问，而链表按下标访问需要 O(n) 时间。判断：该说法正确。

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25. 某系统需要表示 0～100 的课程成绩，要求成绩不能取范围外的值，外部代码也不能绕过校验直接修改存储值。哪种设计最符合类型安全与数据封装？ A. 定义成绩类型，将字段设为 private，并在构造方法和公开更新方法中校验范围 B. 使用公开的 int 字段存储成绩，由调用者自行保证范围 C. 使用公开的 String 字段存储成绩，并约定只填写合法数字 D. 定义 private int 字段，但不提供校验，也不提供公开访问方法

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26. 某系统需表示“订单状态”，其合法取值仅为“已下单、已发货、已完成”三种。为避免外部代码传入非法字符串导致状态混乱，最符合类型安全与数据封装做法的是：将状态的合法取值定义为一个____类型，并把内部存储字段的访问级别设为____，外部只能通过公开方法访问。

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27. 某团队设计抽象数据类型 Stack（栈），对外规范仅声明 push(x)、pop()、isEmpty() 三个操作及其前置/后置条件，未公开任何内部数据表示。实现者丙用定长数组实现，实现者丁用动态链表实现。调用方代码仅通过这三个操作使用栈。按照抽象数据类型的设计原则，只要两种实现都满足规范声明的前置/后置条件，更换实现后调用方代码____（填“需要”或“不需要”）修改；规范中不应出现“采用链表存储”这类表述，因为它违反了____原则（填四个字：信息____）。

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