一、前言

在物聯(lián)網(wǎng)、單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常需要采集各種傳感器的數(shù)據(jù)。比如：溫度、濕度、MQ2、MQ3、MQ4等等傳感器數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可能有波動(dòng)，偶爾不穩(wěn)定，為了得到穩(wěn)定的值，我們可以對(duì)數(shù)據(jù)多次采集，進(jìn)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）是一種簡(jiǎn)單的排序算法，也是最基礎(chǔ)、最容易理解的一種排序算法。它會(huì)遍歷要排序的數(shù)組，依次比較相鄰兩個(gè)元素的大小，如果前一個(gè)元素比后一個(gè)元素大，就交換這兩個(gè)元素的位置。

冒泡排序的過(guò)程如下：

1. 從數(shù)組的第一個(gè)元素開(kāi)始，依次比較相鄰的兩個(gè)元素，如果前一個(gè)元素比后一個(gè)元素大，則交換這兩個(gè)元素的位置。

2. 繼續(xù)比較相鄰的元素，直到數(shù)組的最后一個(gè)元素。

3. 重復(fù)執(zhí)行步驟1和步驟2，直到整個(gè)數(shù)組都按照從小到大的順序排列好。

冒泡排序的時(shí)間復(fù)雜度是O(N^2)，其中N是數(shù)組中元素的數(shù)量。在實(shí)際應(yīng)用中，由于其時(shí)間復(fù)雜度較高，冒泡排序很少被用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的排序，但它仍然是一種優(yōu)秀的教學(xué)工具，因?yàn)樗菀桌斫夂蛯?shí)現(xiàn)，并且可以幫助初學(xué)者理解排序算法的基本思想。

以下是C語(yǔ)言代碼的實(shí)現(xiàn)，封裝為名為calculateAverage的函數(shù)。

#define ARRAY_SIZE 20

 // 冒泡排序算法函數(shù)

 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;

             }

         }

     }

 }

 // 計(jì)算平均值函數(shù)，去除最大值和最小值

 int calculateAverage() {

     int arr[ARRAY_SIZE];

     // 連續(xù)讀取20次數(shù)據(jù)

     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {

         arr[i] = ReadADC();

     }

     // 對(duì)數(shù)組進(jìn)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];

     }

     // 計(jì)算平均值并返回

     return sum / (ARRAY_SIZE-2);

 }

在函數(shù)中，首先定義了一個(gè)常量ARRAY_SIZE表示需要讀取的數(shù)據(jù)的數(shù)量。然后，使用一個(gè)循環(huán)讀取20次數(shù)據(jù)，并將它們存儲(chǔ)到一個(gè)數(shù)組中。接著，用冒泡排序算法對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序。在排序完成后，計(jì)算數(shù)組中除去最大值和最小值的元素之和，并計(jì)算平均值。最后，返回計(jì)算得到的平均值。

【2】插入排序

插入排序（Insertion Sort）是一種簡(jiǎn)單直觀的排序算法，它的基本思想是將一個(gè)元素插入到已排序好的序列中的適當(dāng)位置，使得插入后仍然有序。

插入排序的過(guò)程如下：

假設(shè)第一個(gè)元素已經(jīng)是排好序的序列，從第二個(gè)元素開(kāi)始，依次將每個(gè)元素插入到已經(jīng)排好序的序列中。

每次從未排序的部分中取出一個(gè)元素，與已排序的序列中的元素從后向前依次比較，找到插入的位置，即找到一個(gè)比當(dāng)前元素小的值或者已經(jīng)到了開(kāi)頭位置。

將當(dāng)前元素插入到已排序序列的合適位置上，重新調(diào)整已排序的序列，繼續(xù)對(duì)未排序的序列進(jìn)行排序。

重復(fù)執(zhí)行步驟2和步驟3，直到整個(gè)數(shù)組都按照從小到大的順序排列好。

插入排序的時(shí)間復(fù)雜度是O(N^2)，其中N是數(shù)組中元素的數(shù)量。在實(shí)際應(yīng)用中，插入排序通常適用于處理小規(guī)模數(shù)據(jù)或者已經(jīng)接近有序的數(shù)據(jù)，因?yàn)榇藭r(shí)插入排序的效率高于其他排序算法。

以下是C語(yǔ)言代碼的實(shí)現(xiàn)，封裝為名為calculateAverage的函數(shù)。

#define ARRAY_SIZE 20

 // 插入排序算法函數(shù)

 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;

     }

 }

 // 計(jì)算平均值函數(shù)，去除最大值和最小值

 int calculateAverage() {

     int arr[ARRAY_SIZE];

     // 連續(xù)讀取20次數(shù)據(jù)

     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {

         arr[i] = ReadADC();

     }

     // 對(duì)數(shù)組進(jìn)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];

     }

     // 計(jì)算平均值并返回

     return sum / (ARRAY_SIZE-2);

 }

在函數(shù)中，首先定義了一個(gè)常量ARRAY_SIZE表示需要讀取的數(shù)據(jù)的數(shù)量。然后，使用一個(gè)循環(huán)讀取20次數(shù)據(jù)，并將它們存儲(chǔ)到一個(gè)數(shù)組中。接著，用插入排序算法對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序。在排序完成后，計(jì)算數(shù)組中除去最大值和最小值的元素之和，并計(jì)算平均值。最后，返回計(jì)算得到的平均值。

【3】希爾排序

希爾排序（Shell Sort）是一種由Donald Shell在1959年發(fā)明的排序算法，它是插入排序的一種變體，旨在減少排序中元素的移動(dòng)次數(shù)，從而使算法更快。希爾排序的基本思想是把數(shù)組中相距某個(gè)“增量”的元素組成一個(gè)子序列，對(duì)每個(gè)子序列進(jìn)行插入排序，然后逐步縮小增量，重復(fù)進(jìn)行上述操作，直到增量為1，最后再對(duì)整個(gè)數(shù)組進(jìn)行一次插入排序。

希爾排序的過(guò)程如下：

選擇一個(gè)增量序列，將待排序的數(shù)組按照這個(gè)增量序列分成若干組（子序列）。通常，在第一次排序時(shí)，增量取數(shù)組長(zhǎng)度的一半，以后每次將增量減半，直到增量為1。

對(duì)每個(gè)子序列進(jìn)行插入排序，即將每個(gè)子序列中的元素按照遞增的順序插入到已排序好的序列中。

重復(fù)執(zhí)行步驟2，改變?cè)隽浚钡皆隽繛?。

最后再對(duì)整個(gè)數(shù)組進(jìn)行插入排序。

希爾排序的時(shí)間復(fù)雜度與所選取的增量序列有關(guān)。最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度為O(N^2)，其中N是數(shù)組中元素的數(shù)量。但在大多數(shù)情況下，希爾排序的時(shí)間復(fù)雜度優(yōu)于O(N^2)，可以達(dá)到O(N log N)的級(jí)別。希爾排序的空間復(fù)雜度為O(1)，因?yàn)樗谂判蜻^(guò)程中只需要常數(shù)個(gè)額外的存儲(chǔ)空間。

以下是C語(yǔ)言代碼實(shí)現(xiàn)，封裝為名為calculateAverage的函數(shù)。

#define ARRAY_SIZE 20

 // 希爾排序算法函數(shù)

 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;

         }

     }

 }

 // 計(jì)算平均值函數(shù)，去除最大值和最小值

 int calculateAverage() {

     int arr[ARRAY_SIZE];

     // 連續(xù)讀取20次數(shù)據(jù)

     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {

         arr[i] = ReadADC();

     }

     // 對(duì)數(shù)組進(jìn)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];

     }

     // 計(jì)算平均值并返回

     return sum / (ARRAY_SIZE-2);

 }

在函數(shù)中，首先定義了一個(gè)常量ARRAY_SIZE表示需要讀取的數(shù)據(jù)的數(shù)量。然后，使用一個(gè)循環(huán)讀取20次數(shù)據(jù)，并將它們存儲(chǔ)到一個(gè)數(shù)組中。接著，用希爾排序算法對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序。在排序完成后，計(jì)算數(shù)組中除去最大值和最小值的元素之和，并計(jì)算平均值。最后，返回計(jì)算得到的平均值。