一、前言

在物聯網、單片機開發中，經常需要采集各種傳感器的數據。比如：溫度、濕度、MQ2、MQ3、MQ4等等傳感器數據。這些數據采集過程中可能有波動，偶爾不穩定，為了得到穩定的值，我們可以對數據多次采集，進行排序，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）是一種簡單的排序算法，也是最基礎、最容易理解的一種排序算法。它會遍歷要排序的數組，依次比較相鄰兩個元素的大小，如果前一個元素比后一個元素大，就交換這兩個元素的位置。

冒泡排序的過程如下：

1. 從數組的第一個元素開始，依次比較相鄰的兩個元素，如果前一個元素比后一個元素大，則交換這兩個元素的位置。
2. 繼續比較相鄰的元素，直到數組的最后一個元素。
3. 重復執行步驟1和步驟2，直到整個數組都按照從小到大的順序排列好。

冒泡排序的時間復雜度是O(N^2)，其中N是數組中元素的數量。在實際應用中，由于其時間復雜度較高，冒泡排序很少被用于大規模數據的排序，但它仍然是一種優秀的教學工具，因為它容易理解和實現，并且可以幫助初學者理解排序算法的基本思想。

以下是C語言代碼的實現，封裝為名為calculateAverage的函數。

#define ARRAY_SIZE 20
 ?
 // 冒泡排序算法函數
 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;
             }
         }
     }
 }
 ?
 // 計算平均值函數，去除最大值和最小值
 int calculateAverage() {
     int arr[ARRAY_SIZE];
     // 連續讀取20次數據
     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
         arr[i] = ReadADC();
     }
     // 對數組進行排序
     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];
     }
     // 計算平均值并返回
     return sum / (ARRAY_SIZE-2);
 }

在函數中，首先定義了一個常量ARRAY_SIZE表示需要讀取的數據的數量。然后，使用一個循環讀取20次數據，并將它們存儲到一個數組中。接著，用冒泡排序算法對數組進行排序。在排序完成后，計算數組中除去最大值和最小值的元素之和，并計算平均值。最后，返回計算得到的平均值。

【2】插入排序

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

插入排序的過程如下：

1. 假設第一個元素已經是排好序的序列，從第二個元素開始，依次將每個元素插入到已經排好序的序列中。
2. 每次從未排序的部分中取出一個元素，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，即找到一個比當前元素小的值或者已經到了開頭位置。
3. 將當前元素插入到已排序序列的合適位置上，重新調整已排序的序列，繼續對未排序的序列進行排序。
4. 重復執行步驟2和步驟3，直到整個數組都按照從小到大的順序排列好。

插入排序的時間復雜度是O(N^2)，其中N是數組中元素的數量。在實際應用中，插入排序通常適用于處理小規模數據或者已經接近有序的數據，因為此時插入排序的效率高于其他排序算法。

以下是C語言代碼的實現，封裝為名為calculateAverage的函數。

#define ARRAY_SIZE 20
 ?
 // 插入排序算法函數
 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;
     }
 }
 ?
 // 計算平均值函數，去除最大值和最小值
 int calculateAverage() {
     int arr[ARRAY_SIZE];
     // 連續讀取20次數據
     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
         arr[i] = ReadADC();
     }
     // 對數組進行排序
     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];
     }
     // 計算平均值并返回
     return sum / (ARRAY_SIZE-2);
 }

在函數中，首先定義了一個常量ARRAY_SIZE表示需要讀取的數據的數量。然后，使用一個循環讀取20次數據，并將它們存儲到一個數組中。接著，用插入排序算法對數組進行排序。在排序完成后，計算數組中除去最大值和最小值的元素之和，并計算平均值。最后，返回計算得到的平均值。

【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次數，從而使算法更快。希爾排序的基本思想是把數組中相距某個“增量”的元素組成一個子序列，對每個子序列進行插入排序，然后逐步縮小增量，重復進行上述操作，直到增量為1，最后再對整個數組進行一次插入排序。

希爾排序的過程如下：

1. 選擇一個增量序列，將待排序的數組按照這個增量序列分成若干組（子序列）。通常，在第一次排序時，增量取數組長度的一半，以后每次將增量減半，直到增量為1。
2. 對每個子序列進行插入排序，即將每個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。
3. 重復執行步驟2，改變增量，直到增量為1。
4. 最后再對整個數組進行插入排序。

希爾排序的時間復雜度與所選取的增量序列有關。最壞情況下的時間復雜度為O(N^2)，其中N是數組中元素的數量。但在大多數情況下，希爾排序的時間復雜度優于O(N^2)，可以達到O(N log N)的級別。希爾排序的空間復雜度為O(1)，因為它在排序過程中只需要常數個額外的存儲空間。

以下是C語言代碼實現，封裝為名為calculateAverage的函數。

#define ARRAY_SIZE 20
 ?
 // 希爾排序算法函數
 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;
         }
     }
 }
 ?
 // 計算平均值函數，去除最大值和最小值
 int calculateAverage() {
     int arr[ARRAY_SIZE];
     // 連續讀取20次數據
     for(int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
         arr[i] = ReadADC();
     }
     // 對數組進行排序
     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];
     }
     // 計算平均值并返回
     return sum / (ARRAY_SIZE-2);
 }

在函數中，首先定義了一個常量ARRAY_SIZE表示需要讀取的數據的數量。然后，使用一個循環讀取20次數據，并將它們存儲到一個數組中。接著，用希爾排序算法對數組進行排序。在排序完成后，計算數組中除去最大值和最小值的元素之和，并計算平均值。最后，返回計算得到的平均值。

審核編輯：湯梓紅