現代軟件工程講義 我的項目和結對項目練習 地鐵

不少老師反映教軟件工程和程序設計的時候沒有合適的題目，《構建之法》提供了下面的題目，都是從簡單的解題思路入手，逐步增量改進。學生們能夠複習基本的編程技能，而後逐步加入模塊化，文件處理，單元測試，信息隱藏，面向對象的分析，MVC 等概念和實踐。  你們能夠選用：

    - 黃金點遊戲和單詞頻率問題

    - 四則運算練習

    - 計算程序文件的行數，及其擴展問題

    - 電梯調度

    - 網頁前端技術的練習題

下面的題目， 從簡單的數據結構開始，讓同窗們逐步練習。

0. 請上網搜到最新的北京地線路圖。

 

 

 

1. 把這個圖的各個線路，各個站點，換乘信息等用文本文件  (假設名字叫 beijing-subway.txt)的形式保存起來，應該保存的信息有 {線路號，線路的各個站名，車站的換乘信息}， 應用程序能夠讀取這個文件，就能掌握關於北京地鐵線路的全部信息，應該用什麼樣的格式呢？  在咱們生活中，咱們用天然語言，或者圖表來表示信息， 當一個有足夠生活經歷的成年人看到上面的線圖路，她立刻能夠理解  「兩個小白圓點中間有一條線表示這兩個車站是相鄰的」。 當你要讓電腦程序來處理這些信息，可是程序只知道一行，一個字，一個字節地處理信息， 怎麼辦，怎麼表示 「這個車站能夠轉 5 號線」？

2. 寫一個命令行程序 （不妨叫 subway.exe），這個程序啓動的時候， 會讀取beijing-subway.txt 的信息，而後這個程序就等待用戶的輸入， 用戶能夠輸入地鐵的線路編號，而後程序就輸出此地鐵線路的全部站名（按某一方向順序輸出便可）。 輸出站名後，程序又進入等待狀態。

 

3. 可否進一步， 找到兩點之間的最有效線路？ 請實現下面這個需求：

　　subway.exe   /b 知春路   中關村

　　返回經歷的站名的個數，和路徑，若是有換乘，請列出換乘的線路， 例如：

　　4

　　知春路

　　知春裏

　　海淀黃莊  換乘10號線

　　中關村

 

3.1 抽象

      在咱們作測試的過程當中，咱們能夠比較具體的車站的名字，已驗證算法的正確性， 可是咱們實際上並不在意這個具體名字是 "知春路"， 仍是 "惠新西街南口"，咱們只要知道它們相同就行了。 可否給每一個車站一個數字的標識，這樣便於比較?  請修改你的 beijing-subway.txt 地圖文件，把車站的惟一標識ID 加上，而後再修改程序中讀取文件的部分，讓它能處理ID，而不是僅僅車站名字。修改程序以後，請保證程序依然可以完成它原有的功能。

 

4. 既然有了地圖和 「返回兩個站點之間最短路徑」 的功能， 咱們怎麼知道程序員實現的這個功能是正確的呢？ 咱們能夠抽樣調查，可是不能確保。可否測試這個模塊呢？ 這個模塊多是程序中的一個類，或幾個相關的類，咱們能夠經過給它寫單元測試，或模塊測試的辦法。

    請把subway 程序中 「返回兩個站點之間最短路徑」 的功能獨立出來，成爲一個DLL，或者一個類，那麼咱們就能夠用《構建之法》 提到的單元測試， 或者 四則運算練習題 提到的測試模塊的方法測試了。

　請把這個exe 分解爲幾個獨立的模塊，而後用你所在的平臺的單元測試工具來測試。

 

 

5. 若是乘客有錢又有閒，那麼，怎樣才能儘量快地遍歷地鐵的全部車站呢（只用通過一次，不用下車，就算通過車站）。 例如，注意到13號線 和 10 號線相交的知春路地鐵站，咱們選它做爲一個起始站，從這個站出發，要經歷多少站（換乘不出地鐵系統，即不能從一個地鐵口走到路面，而後從另外一個站進去），才能把全部地鐵站都遍歷呢？

   擴展命令行程序，讓它接受一個地鐵站名。  例如這個格式： subway.exe /a  知春路  

程序輸出總共經歷多少站， 以及經歷的站名， 舉一個特例，假如地鐵系統只有知春路， 西土城兩個站， 那麼這個程序應該輸出：

　　3

　　知春路

　　西土城

　　知春路

 

5.1 從現實生活中咱們知道，在地鐵系統中換乘是比較麻煩的一件事情，花費額外的時間和體力 （下車，步行到下一個線路，等車，擠上車，再找座位），咱們上一個遍歷算法沒有考慮到這一點，有點不接地氣。 若是咱們作一個改進， 每次換乘，至關於額外經歷了 3 個車站， 咱們仍是要求遍歷全部車站的最優線路，咱們的程序應該怎麼修改呢？  總的車站數量 = 實際通過的車站數量 + 換乘等價的車站數量

 

咱們在前面幾步的修改中， 把數據格式，程序的功能，程序的結構都稍稍修改了一些，可是總體程序還能按原來的需求運行。 但願初學者在每一步都只改一個方面，修改以後，能測試程序，保證沒有引入其它錯誤。 有基礎的同窗能夠用源代碼管理工具來管理各個版本的代碼。

 

5.2 既然有程序能輸出解答， 那麼咱們怎麼驗證呢？ 睜大眼睛一個一個地數麼？  咱們不是會寫程序麼？ 來一個：

　　subway.exe  /z filename 

      filename 指向一個文本文件，裏面放了 /a  參數的答案 （就是題目 3 的輸出， 一個數字加上站名）

　　這個 /z  參數要求在命令行輸出

      true： 若是filename 文件中的數據的確覆蓋了整個地鐵的全部站點至少一次，而且車站的數量是對的，車站的遍歷次序是合理的。

　　false: 車站的遍歷次序仍然合理，可是有遺漏的站點，或者車站的數量錯誤。 若是有遺漏的站點，這個程序要至少輸出一個遺漏的車站名。

　　error: 若是車站的遍歷次序不合理（例如直接從「知春路」 站到了「中關村」 站）， 打印出出錯的兩個站名。

 

6. 咱們前面的練習都是基於命令行的，可否作成圖形界面呢？ 首先咱們要給每一個站點一個座標信息。

    1）請修改 beijing-subway.txt 文件，加入適當的信息，爲實現圖形界面作準備。 你要如何設計這些座標呢？

    2）請改進 subway.exe，  加一個  /g  的命令行參數， 讓它根據你提供的座標畫出各個地鐵站，線路，以及換乘站。

    咱們看到，全部要展示的信息都要存儲起來，存儲還要有必定的規則，這樣程序纔好正確地，高效地讀出來。 存儲有下面三個方案：

    a) 用文本文件， 用自定義的格式存放

    b) 用XML 格式存放

    c) 還能夠用數據庫的方式來存放， 例如 sqlite

    d) 還能夠用本身定義的二進制的格式來存放。

    請比較幾種方式的優缺點，特別是，這些方式如何應對變化的內部，外部因素。 例如，在 d) 方案中， 若是要增長一個地鐵站，或者修改一個地鐵站的名字，咱們應該怎麼作呢？

 

7. 如今咱們回過頭來，把遍歷的解法搬到GUI （圖形界面）來。 

    1）擴展 subway.exe,  處理下面參數的時候，

             subway.exe /g  知春路

         程序在圖形界面中顯示地鐵地圖 （各個站點的相對位置和官方地圖相似便可），而後用一個小亮點表示乘客，乘客正在通過的車站就會閃亮，乘客走過的路用不一樣的顏色標識，同時在適當的地方有數字代表乘客已經通過車站的數目。

 

8. 前面幾步都作好了，下面就是工程問題了：

    8.1 請讓程序能處理上海的地鐵地圖，或者其它城市的地圖。把程序由 「固定處理一個地圖」 升級爲 「能處理多個地圖」， 程序的什麼模塊須要變化？

    8.2 請把程序移植到網頁/手機，用戶指定起點和終點，程序就報告這兩個點的最優路徑。  把程序從 PC 平臺搬到 Web 或 Mobile,  原來寫的全部代碼都要扔掉麼？  仍是有不少部分能夠重用？ 怎樣重用？