C語言中冒泡排序算法教學(xué)設(shè)計(jì)
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排序是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一項(xiàng)重要的技術(shù)，其應(yīng)用范圍廣、使用頻率高，因此對于排序算法的研究一直是計(jì)算機(jī)專家的重點(diǎn)。高校的程序設(shè)計(jì)類課程也將排序算法作為重難點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。
1常見的幾種排序算法
1.1算法的基本概念
算法（Algorithm）是指解題方案的準(zhǔn)確而完整的描述，是一組解決問題的指令集合，按照一定的語法規(guī)則輸入，在有限時(shí)間內(nèi)獲得所要求的輸出。簡單說就是計(jì)算機(jī)的解題過程。算法具備以下幾個(gè)特征：有窮性，一個(gè)算法的執(zhí)行次數(shù)必須是有限的；確切性，算法的中的語句都應(yīng)該具有確切的語義；輸入，算法可以有0個(gè)或多個(gè)輸入，給運(yùn)算對象賦初值；輸出，算法應(yīng)該有一個(gè)或多個(gè)輸出，顯示算法的運(yùn)行結(jié)果；可行性，算法的設(shè)計(jì)在原則上是可行的。
1.2排序算法的簡述
常見的幾種排序算法有：冒泡排序、選擇排序、快速排序、計(jì)數(shù)排序以及托普排序等。冒泡排序（BubbleSort），是最簡單的排序方法，其基本思想是：將要排序的元素看成是一組豎排的“氣泡”，較小的元素較輕，往上浮，通過若干次對這個(gè)“氣泡”序列的處理，讓最輕的浮到最上面，次輕的次之，依次完成排序。按照一般的教學(xué)方法，老師會先向?qū)W生講解冒泡排序的基本思想和相應(yīng)代碼然后再執(zhí)行。這種方式學(xué)生理解和掌握起來比較困難，也無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更無法使學(xué)生靈活運(yùn)用。因此，要設(shè)計(jì)出一個(gè)合理、高效的教學(xué)過程，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，拓展學(xué)生的自主思維能力，使學(xué)生掌握冒泡排序算法的思想及其編程方法，并運(yùn)用到解決實(shí)際問題當(dāng)中。
2教學(xué)過程設(shè)計(jì)
2.1利用多媒體動態(tài)分解排序步驟
通過多媒體軟件將排序過程設(shè)計(jì)為動態(tài)效果，演示數(shù)據(jù)序列的交換過程。相鄰數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，大數(shù)下沉、小數(shù)上浮。這樣能直觀地展現(xiàn)冒泡序的過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2.2排序過程動態(tài)解析
下面通過實(shí)例來說明冒泡排序的過程，設(shè)計(jì)排序的數(shù)據(jù)序列為：5，7，3，0，6五個(gè)數(shù)，進(jìn)行升序排列，其過程分析如下。第一趟排序：先讓最上面相鄰兩個(gè)數(shù)字進(jìn)行比較，如果上面的數(shù)大于后面的數(shù)，就交換兩者的位置，再將交換后的數(shù)依次與后面的數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過4次這樣的比較，就可以讓最大的數(shù)“沉底”。第二趟排序：對剩下的4個(gè)數(shù)字，再進(jìn)行兩兩比較，同前面過程一樣，經(jīng)過3次比較，第二大的數(shù)就排到了倒數(shù)第二個(gè)位置。第三趟排序：對剩下的3個(gè)數(shù)，再進(jìn)行兩兩比較，同前面過程一樣，經(jīng)過2次比較，第三大的數(shù)排到了倒數(shù)第三個(gè)位置。第四趟排序：對剩下的2個(gè)數(shù)進(jìn)行兩兩比較，過程同上，經(jīng)過1次比較，第四大的數(shù)排到了倒數(shù)第四個(gè)位置。從而完成的本次排序。
2.3給出代碼與分析
根據(jù)前面對排序過程的分析可知，如有n個(gè)數(shù)要進(jìn)行排序，則可總結(jié)出以下步驟：排序的趟數(shù)為n-1；相鄰兩數(shù)從前往后比；每趟比較n-1-i次；大小不對就交換。按照總結(jié)的步驟給出完成相應(yīng)功能的代碼，學(xué)生接受和理解起來更加容易。其主要代碼如下：1For(i=0;i<n;i++)/*排序的趟數(shù)為n-1*/2{For(j=0;j<n-1-i;j++)/*相鄰兩數(shù)從前往后比,每趟比較n-1-i次*/3If(a[j]>a[j+1])/*大小不對就交換*/4{temp=a[j];5a[j]>a[j+1];6a[j+1]=temp;7}8}通過教學(xué)實(shí)踐證明，冒泡排序的思想容易理解，學(xué)生在將其轉(zhuǎn)換為程序言時(shí)較難，通過將排序過程作以上步驟總結(jié)后，學(xué)生在寫程序時(shí)只需安排步驟進(jìn)行代碼編寫，簡單易行。再讓學(xué)生自己舉例，分析程序的執(zhí)行過程，驗(yàn)證冒泡排序的思想和代碼的正確性。
2.4引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)算法
在教學(xué)中讓學(xué)生跟著老師的思路理解并掌握知識點(diǎn)很重要，但同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)算法設(shè)計(jì)中存在的問題或者不完善的地方，由此探索解決辦法，也是教學(xué)的一個(gè)重要目的。觀察分析排序過程的表1可發(fā)現(xiàn)，最后兩趟的數(shù)據(jù)順序是一致的，也就是說倒數(shù)第二趟排序就已經(jīng)排序完成了，最后一趟排序過程是多余的。由此可見，不管初始數(shù)據(jù)序列如何，根據(jù)上面的算法設(shè)計(jì)都要進(jìn)行n-1趟排序，而在實(shí)際序列中，可能在少于n-1趟的排序中就已經(jīng)變成了有序序列，完成了排序，后面的循環(huán)就沒有必要了。這時(shí)老師可給出一個(gè)常規(guī)的改進(jìn)算法：設(shè)置一個(gè)標(biāo)志變量flag，如flag=1，表示有交換；flag=0，表示無交換。即是當(dāng)flag=0時(shí)就結(jié)束循環(huán)，提高排序效率。具體做法是：在上述程序第1行下插入語句“flag=0;”，第6行下插入語句“flag=1;”，第7行下插入語句“if(flag==0)break;”。這樣在程序的內(nèi)層循環(huán)中不再有值的變化時(shí)就可以跳出循環(huán)，結(jié)束程序，從而提高算法的效率?，F(xiàn)代教育著重對學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，相對于知識的講授更重要的是讓學(xué)生掌握思維方式，發(fā)散思維就是創(chuàng)造性思維中的一種重要形式。通過上面的講解讓學(xué)生知道冒泡算法還有其不完善的地方，可進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生對算法進(jìn)行改進(jìn)：如上浮下沉算法、快速排序算法、線性時(shí)間算法等。使學(xué)生能更快更好掌握排序算法的基本思想和原理，著重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力，這比將固化的知識點(diǎn)傳授給學(xué)生更加的重要和有效。
3結(jié)語
本文以講授冒泡排序?yàn)槔?，設(shè)計(jì)了通過動態(tài)的PPT和增加動畫效果等多媒體教學(xué)手段，采用正向講解算法思想，逆向分析具體實(shí)例，歸納、總結(jié)算法的多種思維方法，形象生動的向?qū)W生展示了冒泡排序的基本思想和變化過程。一方面通過步驟的總結(jié)過度到代碼的書寫，突破代碼書寫的難點(diǎn)。另一方面引導(dǎo)學(xué)生觀察算法的不足之處，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并提出解決問題的辦法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和獨(dú)立思考的能力，體現(xiàn)了現(xiàn)代教育著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教育思想。
作者：楊波 梁少林 單位：四川文理學(xué)院數(shù)學(xué)與財(cái)經(jīng)學(xué)院