关键字:冒泡排序、选择排序、插入排序、标准库函数qsort
摘要:嵌入式系统中尤其涉及数据采集的,需要对数据进行简单处理后再进行业务层功能,考虑到硬件的资源限制,对于数据排序,一般只是应用这四种简单的排序算法。本文讲解不同算法进行从小到大的升序排列的过程。
1、冒泡排序
冒泡排序(bubble sort)是一种C语言入门级的简单排序算法,重复地走访过要排序的元素列,依次比较两个相邻的元素,如果顺序错误进行交换。重复地检查对比直到没有相邻元素需要交换,也就是说该元素列已经排序完成。算法的名字由来是因为越小(大)的元素会经由交换慢慢“浮”到数列的顶端(升序或降序排列),就如同水中的气泡最终会上浮到顶端一样,故名“冒泡排序”。
算法描述
1、比较相邻的元素。如果第一个比第二个大,就进行交换 2、对每一对相邻元素作同样操作,从开始第一对到结尾的最后一对,这样在最后的元素应该会是最大的数 3、针对所有的元素重复以上的步骤,除了最后一个 4、重复步骤1~3,直到排序完成
源码
#include #define ARRAY_SIZE 15void log(char *head, int *data, int len)
{
unsigned char i;
printf(
"%s:", head);
for(i =
0; i < len; i++)
{
printf(
"%02d ", data[i]);
}
printf(
"\r\n");
}
//从小到大排序void bubble_sort(int *data, int size)
{
int i, j, temp;
for(i =
0; i < size; i++)
{
for(j =
0; j < size-i
-1; j++)
{
if(data[j] > data[j +
1])
// 相邻元素两两对比
{
temp = data[j +
1];
// 元素交换
data[j +
1] = data[j];
data[j] = temp;
}
}
}
}
int main(void)
{
int data[ARRAY_SIZE] = {
3,
44,
38,
5,
47,
15,
36,
26,
27,
2,
46,
4,
19,
50,
48};
log(
"source", data, ARRAY_SIZE);
bubble_sort(data, ARRAY_SIZE);
log(
"sort ", data, ARRAY_SIZE);
return 0;
}
运行结果
source:
03 44 38 05 47 15 36 26 27 02 46 04 19 50 48
sort :
02 03 04 05 15 19 26 27 36 38 44 46 47 48 502、选择排序
选择排序(selection sort)是一种简单直观的排序算法,首先在未排序序列中找到最小(大)元素,存放到排序序列的起始位置,然后,再从剩余未排序元素中继续寻找最小(大)元素,然后放到已排序序列的末尾。以此类推,直到所有元素均排序完毕。
算法描述
1、初始状态,数据都属于无序区,有序区为空 2、从无序区中选出最小元素,将它与无序区的第1个元素交换 3、再从无序区的下个元素重复第2步,直至无序区为空
源码
void selection_sort(int *data, int size)
{
int i, j, temp;
int min;
for(i =
0; i < size -
1; i++)
{
min = i;
for(j = i +
1; j < size; j++)
{
if(data[j] < data[min])
// 寻找最小的数
{
min = j;
// 将最小数的索引保存
}
}
if(min != i)
// 需要交互
{
temp = data[i];
data[i] = data[min];
data[min] = temp;
}
}
}
前面算法的bubble_sort范例替换为selection_sort即可,运行结果一致
3、插入排序
插入排序(insertion sort)的算法,工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。
算法描述
1、从第一个元素开始,该元素可认为已排序2、取出下一个元素,在已经排序的元素序列中从后向前扫描 3、如果该元素(已排序)大于新元素,将该元素移到下一位置 4、重复步骤3,直到找到已排序的元素小于或者等于新元素的位置,将新元素插入到该位置后 5、重复步骤2~4
源码
void insertion_sort(int *data, int size)
{
int i, pre, current;
for(i =
1; i < size; i++)
{
pre = i -
1;
current = data[i];
while(pre >=
0 && data[pre] > current)
//当前元素与的有序区逐个比较再插入
{
data[pre +
1] = data[pre];
pre--;
}
data[pre +
1] = current;
}
}
4、标准库函数qsort
前面三种排序算法都只是针对单个元素进行排序,但实际应用中,基于某个数值对一个大结构体进行排序,比如wifi信息结构体数组,包括其mac、名称、加密信息、和信号强度,依据信息强度对wifi信息进行排序,每次数据交换意味着两次内存拷贝,这种场景下采用选择排序略优。相比于自己造轮子,C语言标准库函数也许更合适;qsort函数是C语言自带的排序函数,包含在中。
函数原型
void qsort(void *base, size_t nitems, size_t size, int (*compar)(const void *, const void*))
base - 指针,数组的第一个元素进行排序nitems - 数组中的元素数目size - 数组中的每个元素的大小(以字节为单位)compar - 基于这个函数比较两个元素 返回值:不返回任何值 缺点:对于有多个重复值的数组来说,效率较低不稳定
范例
//qsort要结合compare使用int compare(const void *value1, const void *value2)
{
//升序或降序在此调整
return (*(
int*)value1 - *(
int*)value2);
}
int main(void)
{
int data[ARRAY_SIZE] = {
3,
44,
38,
5,
47,
15,
36,
26,
27,
2,
46,
4,
19,
50,
48};
log(
"source", data, ARRAY_SIZE);
qsort(data, ARRAY_SIZE,
sizeof(
int), compare);
log(
"sort ", data, ARRAY_SIZE);
return 0;
}其效果和前面三种算法一样,而且可扩展针对结构体内某个元素值对整体排序,满足前面的wifi信息按信号强度排序的需求。
#include #define WIFI_AP_MAX 5typedef unsigned char uint8_t;
typedef signed char int8_t;
typedef unsigned short
uint16_t;
typedef signed short
int16_t;
typedef unsigned int uint32_t;
typedef struct
{
uint32_t bssid_low;
// mac address low
uint16_t bssid_high;
// mac address high
uint8_t channel;
// channel id
int8_t rssi;
// signal strength <sort>
} wifiApInfo_t;
//qsort要结合compare使用,按信号强度rssi升序排列int compare(const void *value1, const void *value2)
{
const wifiApInfo_t *ctx1 = (
const wifiApInfo_t *)value1;
const wifiApInfo_t *ctx2 = (
const wifiApInfo_t *)value2;
return (ctx1->rssi - ctx2->rssi);
}
static wifiApInfo_t wifiApInfo[WIFI_AP_MAX] =
{
{
0x5555,
0x55,
5,
-55},
{
0x1111,
0x11,
1,
-51},
{
0x3333,
0x33,
3,
-53},
{
0x4444,
0x44,
4,
-54},
{
0x2222,
0x22,
2,
-52},
};
void wifi_log(char *head, void *data, int size)
{
unsigned char i;
const wifiApInfo_t *wifi = (wifiApInfo_t *)data;
printf(
"%s:\r\n", head);
for(i =
0; i < size; i++)
{
printf(
"%X %X %d [%d] \r\n", wifi[i].bssid_low, wifi[i].bssid_high, wifi[i].channel, wifi[i].rssi);
}
printf(
"\r\n\r\n");
}
int main(void)
{
wifi_log(
"source", wifiApInfo, WIFI_AP_MAX);
qsort(wifiApInfo, WIFI_AP_MAX,
sizeof(wifiApInfo_t), compare);
wifi_log(
"sort", wifiApInfo, WIFI_AP_MAX);
return 0;
}
运行结果
source:
5555 55 5 [
-55]
1111 11 1 [
-51]
3333 33 3 [
-53]
4444 44 4 [
-54]
2222 22 2 [
-52]
//依据信号强度关键字,对wifi信息整体数据同步进行了排序
sort:
5555 55 5 [
-55]
4444 44 4 [
-54]
3333 33 3 [
-53]
2222 22 2 [
-52]
1111 11 1 [
-51]
5、总结
没有最好的排序算法,选择哪种方式需要结合待排序数据量的大小和类型,以前原始数据是否大概有序,选择合适的算法满足需求即可。