STM32采集传感器数据通过冒泡排序取稳定值

一、前言

在物联网、单片机开发中，经常需要采集各种传感器的数据。比如：温度、湿度、MQ2、MQ3、MQ4等等传感器数据。这些数据采集过程中可能有波动，偶尔不稳定，为了得到稳定的值，我们可以对数据多次采集，进行排序，去掉最大和最小的值，然后取平均值返回。

二、排序算法

【1】冒泡排序

冒泡排序（Bubble Sort）是一种简单的排序算法，也是最基础、最容易理解的一种排序算法。它会遍历要排序的数组，依次比较相邻两个元素的大小，如果前一个元素比后一个元素大，就交换这两个元素的位置。

冒泡排序的过程如下：

1. 从数组的第一个元素开始，依次比较相邻的两个元素，如果前一个元素比后一个元素大，则交换这两个元素的位置。
2. 继续比较相邻的元素，直到数组的最后一个元素。
3. 重复执行步骤1和步骤2，直到整个数组都按照从小到大的顺序排列好。

冒泡排序的时间复杂度是O(N^2)，其中N是数组中元素的数量。在实际应用中，由于其时间复杂度较高，冒泡排序很少被用于大规模数据的排序，但它仍然是一种优秀的教学工具，因为它容易理解和实现，并且可以帮助初学者理解排序算法的基本思想。

以下是C语言代码的实现，封装为名为calculateAverage的函数。

#define ARRAY_SIZE 20
 ​
 // 冒泡排序算法函数
 void bubbleSort(int arr[], int n) {
     for(int i = 0; i < n-1; i++) {
         for(int j = 0; j < n-i-1; j++) {
             if(arr[j] > arr[j+1]) {
                 int temp = arr[j];
                 arr[j] = arr[j+1];
                 arr[j+1] = temp;
             }
         }
     }
 }
 ​
 // 计算平均值函数，去除最大值和最小值
 int calculateAverage() {
     int arr[ARRAY_SIZE];
     // 连续读取20次数据
     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
         arr[i] = ReadADC();
     }
     // 对数组进行排序
     bubbleSort(arr, ARRAY_SIZE);
     // 去掉最大值和最小值
     int sum = 0;
     for(int i = 1; i < ARRAY_SIZE-1; i++) {
         sum += arr[i];
     }
     // 计算平均值并返回
     return sum / (ARRAY_SIZE-2);
 }

在函数中，首先定义了一个常量ARRAY_SIZE表示需要读取的数据的数量。然后，使用一个循环读取20次数据，并将它们存储到一个数组中。接着，用冒泡排序算法对数组进行排序。在排序完成后，计算数组中除去最大值和最小值的元素之和，并计算平均值。最后，返回计算得到的平均值。

【2】插入排序

插入排序（Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法，它的基本思想是将一个元素插入到已排序好的序列中的适当位置，使得插入后仍然有序。

插入排序的过程如下：

1. 假设第一个元素已经是排好序的序列，从第二个元素开始，依次将每个元素插入到已经排好序的序列中。
2. 每次从未排序的部分中取出一个元素，与已排序的序列中的元素从后向前依次比较，找到插入的位置，即找到一个比当前元素小的值或者已经到了开头位置。
3. 将当前元素插入到已排序序列的合适位置上，重新调整已排序的序列，继续对未排序的序列进行排序。
4. 重复执行步骤2和步骤3，直到整个数组都按照从小到大的顺序排列好。

插入排序的时间复杂度是O(N^2)，其中N是数组中元素的数量。在实际应用中，插入排序通常适用于处理小规模数据或者已经接近有序的数据，因为此时插入排序的效率高于其他排序算法。

以下是C语言代码的实现，封装为名为calculateAverage的函数。

#define ARRAY_SIZE 20
 ​
 // 插入排序算法函数
 void insertionSort(int arr[], int n) {
     for(int i = 1; i < n; i++) {
         int key = arr[i];
         int j = i-1;
         while(j >= 0 && arr[j] > key) {
             arr[j+1] = arr[j];
             j--;
         }
         arr[j+1] = key;
     }
 }
 ​
 // 计算平均值函数，去除最大值和最小值
 int calculateAverage() {
     int arr[ARRAY_SIZE];
     // 连续读取20次数据
     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
         arr[i] = ReadADC();
     }
     // 对数组进行排序
     insertionSort(arr, ARRAY_SIZE);
     // 去掉最大值和最小值
     int sum = 0;
     for(int i = 1; i < ARRAY_SIZE-1; i++) {
         sum += arr[i];
     }
     // 计算平均值并返回
     return sum / (ARRAY_SIZE-2);
 }

在函数中，首先定义了一个常量ARRAY_SIZE表示需要读取的数据的数量。然后，使用一个循环读取20次数据，并将它们存储到一个数组中。接着，用插入排序算法对数组进行排序。在排序完成后，计算数组中除去最大值和最小值的元素之和，并计算平均值。最后，返回计算得到的平均值。

【3】希尔排序

希尔排序（Shell Sort）是一种由Donald Shell在1959年发明的排序算法，它是插入排序的一种变体，旨在减少排序中元素的移动次数，从而使算法更快。希尔排序的基本思想是把数组中相距某个“增量”的元素组成一个子序列，对每个子序列进行插入排序，然后逐步缩小增量，重复进行上述操作，直到增量为1，最后再对整个数组进行一次插入排序。

希尔排序的过程如下：

1. 选择一个增量序列，将待排序的数组按照这个增量序列分成若干组（子序列）。通常，在第一次排序时，增量取数组长度的一半，以后每次将增量减半，直到增量为1。
2. 对每个子序列进行插入排序，即将每个子序列中的元素按照递增的顺序插入到已排序好的序列中。
3. 重复执行步骤2，改变增量，直到增量为1。
4. 最后再对整个数组进行插入排序。

希尔排序的时间复杂度与所选取的增量序列有关。最坏情况下的时间复杂度为O(N^2)，其中N是数组中元素的数量。但在大多数情况下，希尔排序的时间复杂度优于O(N^2)，可以达到O(N log N)的级别。希尔排序的空间复杂度为O(1)，因为它在排序过程中只需要常数个额外的存储空间。

以下是C语言代码实现，封装为名为calculateAverage的函数。

#define ARRAY_SIZE 20
 ​
 // 希尔排序算法函数
 void shellSort(int arr[], int n) {
     for(int gap = n/2; gap > 0; gap /= 2) {
         for(int i = gap; i < n; i++) {
             int temp = arr[i];
             int j;
             for(j = i; j >= gap && arr[j-gap] > temp; j -= gap) {
                 arr[j] = arr[j-gap];
             }
             arr[j] = temp;
         }
     }
 }
 ​
 // 计算平均值函数，去除最大值和最小值
 int calculateAverage() {
     int arr[ARRAY_SIZE];
     // 连续读取20次数据
     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
         arr[i] = ReadADC();
     }
     // 对数组进行排序
     shellSort(arr, ARRAY_SIZE);
     // 去掉最大值和最小值
     int sum = 0;
     for(int i = 1; i < ARRAY_SIZE-1; i++) {
         sum += arr[i];
     }
     // 计算平均值并返回
     return sum / (ARRAY_SIZE-2);
 }

在函数中，首先定义了一个常量ARRAY_SIZE表示需要读取的数据的数量。然后，使用一个循环读取20次数据，并将它们存储到一个数组中。接着，用希尔排序算法对数组进行排序。在排序完成后，计算数组中除去最大值和最小值的元素之和，并计算平均值。最后，返回计算得到的平均值。

审核编辑：汤梓红