基于Unity3D 的冒泡排序算法动态可视化设计及实现

马晓萍

（喀什大学 计算机科学与技术学院，新疆喀什 844000）

0 引言

冒泡排序是一种典型的、稳定排序算法[1]，对初次接触程序语言的学习者来说，排序算法比较抽象，对算法的理解存在较大的障碍。如何让学生更好直观的理解排序算法的原理并用程序语言实现，是一个值得研究的问题。Unity3D 是一款实时3D 互动内容创作和运营平台，所提供的可视化、实时三维动画等类型互动内容[2],具有强大的交互功能和丰富的三维表现。利用Unity3D 实现冒泡排序算法动态可视化，是一种有效的算法可视化方式，可促进学习者对冒泡排序算法的理解。

1 冒泡排序

1.1 冒泡排序原理

在程序设计语言的排序算法中，冒泡排序是一种平方级的原地排序算法[3]。冒泡排序算法的原理：在待排序的一组数中，将相邻的两个数值进行比较，若前面的数值比后面的数值大就交换两数，把小数值放在前面，否则不交换；直至最终完成从小到大的排序。[4]

1.2 C#语言实现

冒泡排序算法的程序描述（C#语言）如下：

上述代码中，通过外层for循环，用数组的长度控制整体程序的运行次数，内层for用于与前后两位数比较大小，如果存在第一个数比第二个数大，则两个数利用中间变量temp，实现交换的逻辑。

2 基于Unity3D 的冒泡排序算法可视化设计及实现

2.1 冒泡排序三维动态可视化设计

在Unity 中设计由一个Panel 容器控件，一个Text 文本控件，两个Button 按钮控件组成的UI 界面。Text控件文本内容为“冒泡排序法三维动态可视化”，当单击“随机生成数据”按钮时，在Panel 容器控件上逐个动态生成随机数据柱状图效果，此案例中随机生成9 个1～100 的整数，并产生以该整数作为动态柱状图的高度。当单击“开始冒泡排序”按钮时，在Panel 容器控件上，开始进行柱状图动态数据的交换，准备比较的两个柱状图变成绿色，等待排序比较，进行完一轮比较后所产生的最大数柱状图变成红色。

2.2 实现随机生成数据及动态生成效果

2.2.1 随机排序数据类的设计

（1）设计一个RandomData 类用于生成随机数。如图1所示。

图1 RandomData类图

部分代码如下：

（2）利用协程机制动态生成柱状图的接口设计.

该接口中，go.GetComponent＜Transform＞().position 语句表示动态生成柱状图的位置，t.Get-Component＜Transform＞().position 语句表示随机产生数据的文本显示在当前柱状图y 轴上方v.y+0.5位置。通过测试，Unity中无法直接调用接口，为了实现接口InitBarGraph()和接口Sort()的功能，本案例中编写了两个方法，使用StartCall()方法分别调用接口。调用接口InitBarGraph()参考代码如下：

动态生成随机柱状图效果图如下图2所示。

图2 随机柱状图

2.2.2 冒泡排序类的设计

（1）冒泡排序及柱状图颜色变化的接口设计。

该接口主要实现设置准备比较的两个柱状图颜色、待排数的柱状图颜色，最大数的柱状图颜色，以及进行柱状图动态数据的交换的冒泡排序功能，程序流程图如图3所示。

图3 可视化冒泡排序流程图

部分代码如下：

（2）柱状图的位置和高度的方法。

该方法用以实现柱状图、柱状图上随机数数字的位置和高度的设置，使得数据始终显示在柱状图正上方的功能。

部分代码如下：

（3）实现第一轮冒泡排序的效果图如图4 所示。

图4 第一轮冒泡排序效果图

3 结语

本文利用Unity3D 平台，以“C#程序设计”课程中的冒泡排序为案例，利用协程动态生成随机数据柱状图，并以三维动态可视化实现C#脚本语言的冒泡排序算法，直观动态地展示了冒泡排序算法的基本思想和排序过程。实验证明，动态可视化的课程设计，既通过Unity3D 创建三维动态互动内容提高了学习者的学习兴趣，又加深了学习者对冒泡排序算法原理的理解性，达到了良好的教学效果。