STM32 采集传感器数据通过冒泡排序取稳定值

2023-06-25
重庆
本文字数：2845 字
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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：

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。
继续比较相邻的元素，直到数组的最后一个元素。
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);}

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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：

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。
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。
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。
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);}

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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：

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。
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。
重复执行步骤 2，改变增量，直到增量为 1。
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);}

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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。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/7205a67f300e01096bc676dc1】。文章转载请联系作者。

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之所以觉得累，是因为说的比做的多。 2022-01-06 加入

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