嵌入式算法之排序算法

 [[433624]]

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 <stdio.h> 
 
#define ARRAY_SIZE 15 
 
void 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 50 

2、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 <stdio.h> 
#define WIFI_AP_MAX 5 
 
typedef 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。