排序算法动态演示课程设计

### 排序算法动态演示课程设计示例

#### 一、项目概述
本课程设计旨在通过图形化界面展示不同排序算法的工作过程，使学生能够直观理解各种排序方法的特点和效率。此项目不仅有助于加深对理论知识的理解，还提供了编程实践的机会。

#### 二、功能需求分析
为了达到上述目标，应用程序应具备以下主要特性：

- 支持多种经典排序算法的选择，如堆排序[^1] 和冒泡排序 [^2][^3]。
- 提供可视化的动画效果来模拟每一步操作的变化情况。
- 用户可以自定义输入数组大小以及初始排列方式。
- 实现暂停/继续播放的功能以便观察细节变化。
- 显示当前比较次数与交换次数统计信息。

#### 三、技术选型建议
对于此类可视化教学工具而言，推荐采用易于上手且具有良好社区支持的语言和技术栈进行开发：

- **前端框架**：可考虑使用HTML5 Canvas API 或者更高级别的库如p5.js 来绘制图表并创建交互式体验。

- **后端逻辑处理**：由于涉及到大量数值计算任务，因此适合选用性能优越的脚本语言比如 Python 或 JavaScript (Node.js)，也可以基于 Java 开发桌面应用版本。

#### 四、具体实施方案
下面给出一段简单的Python代码片段作为参考，用于生成随机整数列表并通过matplotlib库显示其排序前后的状态对比图：

import matplotlib.pyplot as plt
from random import randint


def bubble_sort(data):
    n = len(data)
    for i in range(n - 1 - i):
            if data[j] > data[j + 1]:
                data[j], data[j + 1] = data[j + 1], data[j]
                flag = True
        if not flag:
            break
    return data


if __name__ == '__main__':
    nums = [randint(0, 100) for _ in range(20)]
    
    fig, ax = plt.subplots()
    bars = ax.bar(range(len(nums)), nums)

    # 绘制原始柱状图
    plt.pause(1)

    sorted_nums = bubble_sort(nums.copy())
    for bar, h in zip(bars, sorted_nums):
        bar.set_height(h)

    plt.show()

这段程序首先会生成一组长度为20的随机正整数序列，并将其绘制成直方图形式；接着调用`bubble_sort()`函数完成升序排列，在这期间保持窗口打开让使用者看到整个转换流程；最后更新各条形的高度至最终位置再次渲染图像。

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