地铁出行路线规划

天津地铁最短换乘项目

一、任务：

实现一个帮助进行地铁出行路线规划的命令行程序。

GitHub项目地址：
https://github.com/ldjkwx/TianJing-Subway

二、项目分析与规划

1.程序的模块，依赖关系以及估计开发所需的时间：

程序由Java语言编写，利用Dijkstra算法实现路径的选择，模块间的依赖关系如下图：

估计开发时间如下图：

2.实际花费时间如下图：

3.计算模块接口的设计与实现过程：

地铁数据的读取：

在读取了文件中的数据后，首先以 ”： “ 作为分隔，将每一行的数据分为三部分，第一部分为每条地铁的标号，第二部分为每条地铁的名称，第三部分为每条地铁的站点信息。

1：1号线：刘园，西横堤，果酒厂，本溪路，勤俭道，洪湖里，西站，西北角，西南角，二纬路，海光寺，鞍山道，营口道，小白楼，下瓦房，南楼，土城，陈塘庄，复兴门，华山里，财经大学，双林，李楼
2：2号线：曹庄，卞兴，芥园西道，咸阳路，长虹公园，广开四马路，西南角，鼓楼，东南角，建国道，天津站，远洋国际中心，顺驰桥，靖江路，翠阜新村，屿东城，登州路，国山路，空港经济区，滨海国际机场
3：3号线：小淀，丰产河，华北集团，天士力，宜兴埠，张兴庄，铁东路，北站，中山路，金狮桥，天津站，津湾广场，和平路，营口道，西康路，吴家窑，天塔，周邓纪念馆，红旗南路，王顶堤，华苑，大学城，高新区，学府工业区，杨伍庄，南站
5：5号线：北辰科技园北，丹河北道，北辰道，职业大学，淮河道，辽河北道，宜兴埠北，张兴庄，志成路，思源道，建昌道，金钟河大桥，月牙河，幸福公园，靖江路，成林道，津塘路，直沽，下瓦房，西南楼，文化中心，天津宾馆，肿瘤医院，体育中心，凌宾路，昌凌路，中医一附院，李七庄南
6：6号线：南孙庄，南何庄，大毕庄，金钟街，徐庄子，金钟河大桥，民权门，北宁公园，北站，新开河，外院附中，天泰路，北运河，北竹林，西站，复兴路，人民医院，长虹公园，宜宾道，鞍山西道，天拖，一中心医院，红旗南路，迎风道，南翠屏，水上公园东路，肿瘤医院，天津宾馆，文化中心，乐园道，尖山路，黑牛城道，梅江道，左江道，梅江公园，梅江会展中心，解放南路，洞庭路，梅林路
................

代码中所包括的类与函数：

Map类： 地图，负责站点解析和路径计算。

程序将识别所有的转乘站点，作为一个结点，这样可以避免在计算最短路径过程中，将所有站点的距离都计算一遍，并且以map的形式记录其编号和线路总长度在这里。 为了方便后续的路径计算，我们以距离为模拟将每个站点计算出其编号，公式为（地铁线路标号*1000 + 当条地铁线第几个站点 +1）。 同时，在计算最短路径的同时，要保存每个结点最后被更新前的上一个结点，这样可以方便我们后续输出其完整路径。

包括的函数：

public void loadLineFile(String strSubwayFileName) {}//加载地铁线路数据
void parseSubwayStationsData() {}//地铁数据处理
void parseSubwayLineData(String strSubwayLine) {}//地铁路线处理，包括对地铁线的划分处理，以及对中转站的判定。
Path Dijkstra(String strStartStationName, String strEndStationName){}//利用迪杰斯特拉最短路径算法求最短的地铁路线。
void printPath(String start,String end, String strOutFileName){}//打印一个路径
String formatPath(String start,String end) {}//将读取的地铁站数据返回
Vector<String> stationsInLine(Station stationStart, Station stationEnd) {}//同时在打印两个中间转站点之间的站点时，当两个站点的id差值为正的时候，就将step设置为正1，每次加1，并通过得到的编号输出站点名；同样，当两个站点的id 差值为负的时候，就将step设置为-1即可,最后，通过计算出的地铁线路编号和地铁名称的map，输出地铁名称以及地铁线路的信息,最后将其输入到txt文件中去。
void printLineInfo(String LineName, String strOutFile) {}//获取特定地铁线路数据
int getLineNumber(int nStationId){}//获取subway.txt中第一列的地铁号数
int getLineNumber(String strLine){}//获取subway.txt中第二列的地铁线
int getLineNumber(Station S1, Station S2) {}//获取两个站点之间所需的地铁线路
int getStationsDistance(Station S1, Station S2) {}//获取两个站点之间距离的站数
void toFile(String strContent, String strOutFile) {}//将地铁站点输入到文件

Path类：路径，距离和经过的中转站列表。

Station类：站点，保存站点名称和ID。

subway类：定义main（）实现程序的运行。

4.改进算法的性能所花费的时间。

对于算法的性能我们并没有进行过多的关注，但是在选择算法时，还是选的迪杰斯特拉算法求的最短路径，因为该算法不仅容易理解，而且网上有很多已经实现该算法的源代码，所以选择了该算法。

对于迪杰斯特拉算法：

a.初始时，S只包含起点s；U包含除s外的其他顶点，且U中顶点的距离为”起点s到该顶点的距离”[例 如，U中顶点v的距离为(s,v)的长度，然后s和v不相邻，则v的距离为∞]。

b.从U中选出”距离最短的顶点k”，并将顶点k加入到S中；同时，从U中移除顶点k。

c.更新U中各个顶点到起点s的距离。之所以更新U中顶点的距离，是由于上一步中确定了k是求出最短路径的顶点，从而可以利用k来更新其它顶点的距离；例如，(s,v)的距离可能大于(s,k)+(k,v)的距离。

d.重复步骤(b)和(c)，直到遍历完所有顶点。

三、 程序测试&调试

• 1.-map 后没有参数信息

命令：java subway -b 北宁公园 顺驰桥 -map`

输出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway -b北宁公园 顺驰桥 -map
【参数错误】-map参数后无文件。

• 2.缺少输出文件信息

`java subway -b 北宁公园 顺驰桥 -map subway.txt -o`

输出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway  -b 北宁公园 顺驰桥 -map subway.txt -o
【参数错误】-o参数后无文件。

• 3.缺少起点或终点信息

`java subway -b 北宁公园 -map subway.txt -o routine`

输出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway -b 北宁公园 -map subway.txt -o routine`
【参数错误】地址错误，缺少地址，或者输入错误

• 4.查询的地铁线路不存在

`java subway -a 8号线 -map subway.txt -o station.txt`

输出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway -a 8号线 -map subway.txt -o station.txt`
【数据错误】地铁线路不存在

• 5.查询指定地铁线路并输出到station.txt

`java subway -a 9号线 -map subway.txt -o station.txt`

　结果：

地铁：9号线
天津站
大王庄
十一经路
直沽
东兴路
中山门
一号桥
二号桥
张贵庄
新立
东丽开发区
小东庄
军粮城
钢管公司
胡家园
塘沽
泰达
市民广场
太湖路
会展中心
东海路

• 6.查询的起点终点在同一条地铁线上

`java subway -b 张兴庄 肿瘤医院 -map subway.txt -o routine.txt`

结果：

地铁：3号线
丰产河
华北集团
天士力
宜兴埠
张兴庄
铁东路
北站
中山路
金狮桥
天津站
津湾广场
和平路
营口道
西康路
吴家窑
天塔
周邓纪念馆
红旗南路
王顶堤
华苑
大学城

• 7.查询的起点终点不在同一条地铁线上

`java subway -b 张兴庄 肿瘤医院 -map subway.txt -o routine.txt`

结果：

地铁：3号线
铁东路
北站
中山路
金狮桥
天津站
地铁：9号线
大王庄
十一经路
直沽
地铁：5号线
下瓦房
西南楼
文化中心
天津宾馆
肿瘤医院

四、总结

通过这次结对项目让我对于数据结构+算法=程序有了更加深刻的认识

本次程序的难点主要在对于数据结构的设计，

一是数据的处理：读取.txt文件需要处理地铁线和站点的之间的站点和所属线路、相邻站点之间的约束关系，代码量和复杂度就相应的增大了不少。

二是路线的设计，为了便于处理路线间与路线内的站点之间的关系，通过设计LineNumber，进一步简化节点边的权重设计。使得LineNumber可以承载线路以及站点间的距离多重信息，使得使用Dijkstra算法更加便捷。

三是算法的设计：Dijkstra算法虽然原理简单，但是对于数据结构的实现和使用有一定的要求。需要妥善的处理搜索过的站点以及添加路径的选择。以及最终路径通过保存到栈中，依次输出。

同时，通过结对编程，我认为软件以及程序的开发。需要程序的模块间进一步的实现高内聚低耦合，这样才能产出复用性强，质量有保证的程序；同时结对编程能够帮助组队人互相提高，并且保证产出代码和软件的质量； 通过这次的学习，也让我和队友对于软件工程有了新的领悟。

地铁出行路线规划

原文：https://www.cnblogs.com/LDJkwx/p/11809217.html