地鐵出行路線規劃

天津地鐵最短換乘項目

1、任務：

實現一個幫助進行地鐵出行路線規劃的命令行程序。

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

2、項目分析與規劃

1.程序的模塊，依賴關係以及估計開發所需的時間：

程序由Java語言編寫，利用Dijkstra算法實現路徑的選擇，模塊間的依賴關係以下圖：

估計開發時間以下圖：

PSP 2.1	Personal Software Process Stages	Time
Planning	計劃
· Estimate	· 估計這個任務須要多少時間	18
Development	開發
· Analysis	· 需求分析 (包括學習新技術)	1
· Design Spec	· 生成設計文檔	1
· Design Review	· 設計複審 (和同事審覈設計文檔)	1
· Coding Standard	· 代碼規範 (爲目前的開發制定合適的規範)	1
· Design	· 具體設計	1
· Coding	· 具體編碼	5
· Code Review	· 代碼複審	2
· Test	· 測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	2
Reporting	報告
· Test Report	· 測試報告	2
· Size Measurement	· 計算工做量	1
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 過後總結, 並提出過程改進計劃	1
	合計	18

2.實際花費時間以下圖：

PSP 2.1	Personal Software Process Stages	Time
Planning	計劃
· Estimate	· 估計這個任務須要多少時間	20
Development	開發
· Analysis	· 需求分析 (包括學習新技術)	1
· Design Spec	· 生成設計文檔	1
· Design Review	· 設計複審 (和同事審覈設計文檔)	1
· Coding Standard	· 代碼規範 (爲目前的開發制定合適的規範)	1
· Design	· 具體設計	1
· Coding	· 具體編碼	8
· Code Review	· 代碼複審	2
· Test	· 測試（自我測試，修改代碼，提交修改）	2
Reporting	報告
· Test Report	· 測試報告	2
· Size Measurement	· 計算工做量	1
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 過後總結, 並提出過程改進計劃	1
	合計	21

3.計算模塊接口的設計與實現過程：

地鐵數據的讀取：

在讀取了文件中的數據後，首先以 」： 「 做爲分隔，將每一行的數據分爲三部分，第一部分爲每條地鐵的標號，第二部分爲每條地鐵的名稱，第三部分爲每條地鐵的站點信息。

1：1號線：劉園，西橫堤，果酒廠，本溪路，勤儉道，洪湖裏，西站，西北角，西南角，二緯路，海光寺，鞍山道，營口道，小白樓，下瓦房，南樓，土城，陳塘莊，復興門，華山裏，財經大學，雙林，李樓
2：2號線：曹莊，卞興，芥園西道，咸陽路，長虹公園，廣開四馬路，西南角，鼓樓，東南角，建國道，天津站，遠洋國際中心，順馳橋，靖江路，翠阜新村，嶼東城，登州路，國山路，空港經濟區，濱海國際機場
3：3號線：小澱，豐產河，華北集團，天士力，宜興埠，張興莊，鐵東路，北站，中山路，金獅橋，天津站，津灣廣場，和平路，營口道，西康路，吳家窯，天塔，周鄧記念館，紅旗南路，王頂堤，華苑，大學城，高新區，學府工業區，楊伍莊，南站
5：5號線：北辰科技園北，丹河北道，北辰道，職業大學，淮河道，遼河北道，宜興埠北，張興莊，志成路，思源道，建昌道，金鐘河大橋，月牙河，幸福公園，靖江路，成林道，津塘路，直沽，下瓦房，西南樓，文化中心，天津賓館，腫瘤醫院，體育中心，凌賓路，昌凌路，中醫一附院，李七莊南
6：6號線：南孫莊，南何莊，大畢莊，金鐘街，徐莊子，金鐘河大橋，民權門，北寧公園，北站，新開河，外院附中，天泰路，北運河，北竹林，西站，復興路，人民醫院，長虹公園，宜賓道，鞍山西道，天拖，一中心醫院，紅旗南路，迎風道，南翠屏，水上公園東路，腫瘤醫院，天津賓館，文化中心，樂園道，尖山路，黑牛城道，梅江道，左江道，梅江公園，梅江會展中心，解放南路，洞庭路，梅林路
................

代碼中所包括的類與函數：

Map類： 地圖，負責站點解析和路徑計算。

程序將識別全部的轉乘站點，做爲一個結點，這樣能夠避免在計算最短路徑過程當中，將全部站點的距離都計算一遍，而且以map的形式記錄其編號和線路總長度在這裏。 爲了方便後續的路徑計算，咱們以距離爲模擬將每一個站點計算出其編號，公式爲（地鐵線路標號*1000 + 當條地鐵線第幾個站點 +1）。 同時，在計算最短路徑的同時，要保存每一個結點最後被更新前的上一個結點，這樣能夠方便咱們後續輸出其完整路徑。

包括的函數：

public void loadLineFile(String strSubwayFileName) {}//加載地鐵線路數據
void parseSubwayStationsData() {}//地鐵數據處理
void parseSubwayLineData(String strSubwayLine) {}//地鐵路線處理，包括對地鐵線的劃分處理，以及對中轉站的斷定。
Path Dijkstra(String strStartStationName, String strEndStationName){}//利用迪傑斯特拉最短路徑算法求最短的地鐵路線。
void printPath(String start,String end, String strOutFileName){}//打印一個路徑
String formatPath(String start,String end) {}//將讀取的地鐵站數據返回
Vector<String> stationsInLine(Station stationStart, Station stationEnd) {}//同時在打印兩個中間轉站點之間的站點時，當兩個站點的id差值爲正的時候，就將step設置爲正1，每次加1，並經過獲得的編號輸出站點名；一樣，當兩個站點的id 差值爲負的時候，就將step設置爲-1便可,最後，經過計算出的地鐵線路編號和地鐵名稱的map，輸出地鐵名稱以及地鐵線路的信息,最後將其輸入到txt文件中去。
void printLineInfo(String LineName, String strOutFile) {}//獲取特定地鐵線路數據
int getLineNumber(int nStationId){}//獲取subway.txt中第一列的地鐵號數
int getLineNumber(String strLine){}//獲取subway.txt中第二列的地鐵線
int getLineNumber(Station S1, Station S2) {}//獲取兩個站點之間所需的地鐵線路
int getStationsDistance(Station S1, Station S2) {}//獲取兩個站點之間距離的站數
void toFile(String strContent, String strOutFile) {}//將地鐵站點輸入到文件

Path類：路徑，距離和通過的中轉站列表。

Station類：站點，保存站點名稱和ID。

subway類：定義main（）實現程序的運行。

4.改進算法的性能所花費的時間。

對於算法的性能咱們並無進行過多的關注，可是在選擇算法時，仍是選的迪傑斯特拉算法求的最短路徑，由於該算法不只容易理解，並且網上有不少已經實現該算法的源代碼，因此選擇了該算法。

對於迪傑斯特拉算法：

a.初始時，S只包含起點s；U包含除s外的其餘頂點，且U中頂點的距離爲」起點s到該頂點的距離」[例 如，U中頂點v的距離爲(s,v)的長度，而後s和v不相鄰，則v的距離爲∞]。

b.從U中選出」距離最短的頂點k」，並將頂點k加入到S中；同時，從U中移除頂點k。

c.更新U中各個頂點到起點s的距離。之因此更新U中頂點的距離，是因爲上一步中肯定了k是求出最短路徑的頂點，從而能夠利用k來更新其它頂點的距離；例如，(s,v)的距離可能大於(s,k)+(k,v)的距離。

d.重複步驟(b)和(c)，直到遍歷完全部頂點。

3、 程序測試&調試

• 1.-map 後沒有參數信息

命令：java subway -b 北寧公園 順馳橋 -map`

輸出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway -b北寧公園 順馳橋 -map
【參數錯誤】-map參數後無文件。

• 2.缺乏輸出文件信息

`java subway -b 北寧公園 順馳橋 -map subway.txt -o`

輸出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway  -b 北寧公園 順馳橋 -map subway.txt -o
【參數錯誤】-o參數後無文件。

• 3.缺乏起點或終點信息

`java subway -b 北寧公園 -map subway.txt -o routine`

輸出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway -b 北寧公園 -map subway.txt -o routine`
【參數錯誤】地址錯誤，缺乏地址，或者輸入錯誤

• 4.查詢的地鐵線路不存在

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

輸出：
c:\Users\YunChunRui\Downloads\TianJing-Subway\bin>java -Dfile.encoding-UTF-8 subway -a 8號線 -map subway.txt -o station.txt`
【數據錯誤】地鐵線路不存在

• 5.查詢指定地鐵線路並輸出到station.txt

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

　結果：

地鐵：9號線
天津站
大王莊
十一經路
直沽
東興路
中山門
一號橋
二號橋
張貴莊
新立
東麗開發區
小東莊
軍糧城
鋼管公司
胡家園
塘沽
泰達
市民廣場
太湖路
會展中心
東海路

• 6.查詢的起點終點在同一條地鐵線上

`java subway -b 張興莊 腫瘤醫院 -map subway.txt -o routine.txt`

結果：

地鐵：3號線
豐產河
華北集團
天士力
宜興埠
張興莊
鐵東路
北站
中山路
金獅橋
天津站
津灣廣場
和平路
營口道
西康路
吳家窯
天塔
周鄧記念館
紅旗南路
王頂堤
華苑
大學城

• 7.查詢的起點終點不在同一條地鐵線上

`java subway -b 張興莊 腫瘤醫院 -map subway.txt -o routine.txt`

結果：

地鐵：3號線
鐵東路
北站
中山路
金獅橋
天津站
地鐵：9號線
大王莊
十一經路
直沽
地鐵：5號線
下瓦房
西南樓
文化中心
天津賓館
腫瘤醫院

　　

4、總結

經過此次結對項目讓我對於數據結構+算法=程序有了更加深入的認識

本次程序的難點主要在對於數據結構的設計，

一是數據的處理：讀取.txt文件須要處理地鐵線和站點的之間的站點和所屬線路、相鄰站點之間的約束關係，代碼量和複雜度就相應的增大了很多。

二是路線的設計，爲了便於處理路線間與路線內的站點之間的關係，經過設計LineNumber，進一步簡化節點邊的權重設計。使得LineNumber能夠承載線路以及站點間的距離多重信息，使得使用Dijkstra算法更加便捷。

三是算法的設計：Dijkstra算法雖然原理簡單，可是對於數據結構的實現和使用有必定的要求。須要妥善的處理搜索過的站點以及添加路徑的選擇。以及最終路徑經過保存到棧中，依次輸出。

同時，經過結對編程，我認爲軟件以及程序的開發。須要程序的模塊間進一步的實現高內聚低耦合，這樣才能產出複用性強，質量有保證的程序；同時結對編程可以幫助組隊人互相提升，而且保證產出代碼和軟件的質量； 經過此次的學習，也讓我和隊友對於軟件工程有了新的領悟。