北京地铁出行路线规划项目完成报告

北京地铁出行路线规划项目完成报告

已提交至GitHub：https://github.com/o-o-wxy/BeijingSubway

项目分析与规划

https://www.cnblogs.com/xinyun1999/p/11569112.html

程序功能

• 地铁线路与站点文件读取

  • 指令：java Subway -map subway.txt

  • 运行：

    

• 具体线路的站点信息获取

  • 指令：java Subway -a 1号线 -map subway.txt -o station.txt

  • 运行：

    

  • 输出：

    

• 两站之间的最短路径获取

  • 指令：java Subway -b 安立路 团结湖 -map subway.txt -o shortest.txt

  • 运行：

    

  • 输出：

    

代码实现

数据结构

三个类——Station与Line，储存station和line的信息，MyMap储存map信息，即Station的名字与实例的映射，Line的名字与实例的映射，Station的访问情况映射。

• Station.class

  private String stationName;//站点名字
  private List lineList;//所属线路
  private List preStation;//之前的站点
  private List postStation;//之后的站点//一一对应
  private Station parent;//在bfs广度优先遍历中用于储存父节点（最短路径中之前的站点）

• Line.class

  private String lineName;//线路名称
  private List stationList;//线路包含的站点

• MyMap.class

  静态对象储存映射

  public static MyMap myMap = new MyMap();//MyMap的静态对象，访问MyMap的动态方法
  public static Map lineMap;//线路名称与实例的映射
  public static Map stationMap;//站点名称与实例的映射
  public static Map visited = new HashMap();//Station的访问情况映射

方法

• 文件读取

  public static void readText(String fileName) throws IOException {
      File file = new File(fileName); 
      InputStreamReader reader = new InputStreamReader(
          new FileInputStream(file));
      BufferedReader br = new BufferedReader(reader); 
      String content = null;
      content = br.readLine();//单行读取
  
      while (content != null) {
          String[] contents=content.split(",");//','分割
          Line line = new Line();
          line.setLineName(contents[0]);//创建line实例
          Station station = null;
          for (int i = 1; i < contents.length; i++) {
              //如果不存在同名的station，创建station实例
              if(!MyMap.stationMap.containsKey(contents[i])) {
                  station = new Station();
                  station.setStationName(contents[i]);
              }
              //Station实例中加入线路信息和前后站点信息
              station = MyMap.myMap.getStation(contents[i]);
              station.setLine(line);
              line.addStation(station);
              //指向前一站
              if(i!=1) {
                  station.addPreStation(line.getStation(i-2));
                  //前一站指向后一站
                  line.getStation(i-2).addPostStation(station);
              }
              else {
                  station.addPreStation(null);
              }
              //最后一站指向空
              if(i==contents.length-1) {
                  station.addPostStation(null);
              }
          }
          content = br.readLine(); //单行读取
      }
      br.close();
  }

• 指定线路站点信息输出

  public static void printStationList(String lineName, String fileName) throws IOException {
      File writename = new File(fileName); // 相对路径
      writename.createNewFile(); // 创建新文件
      BufferedWriter out = new BufferedWriter(new FileWriter(writename));
      Line line = MyMap.myMap.getLine(lineName);//从MyMap中获取line实例
      System.out.println(lineName+":");//输出文件名
      out.write(lineName+"\r\n"); // \r\n为换行
      out.flush(); // 把缓存区内容压入文件
      for (Station station : line.getStationList()) {//获取line实例中的站点列表
          System.out.println(station.getStationName());
          out.write(station.getStationName()+"\r\n"); // \r\n为换行
          out.flush(); // 把缓存区内容压入文件
      }
      out.close();//关闭
  }

• 最短路径信息输出

  public static void printShortestLine(String startStation, String endStation, String fileName) throws IOException {
      File writename = new File(fileName); // 相对路径
      writename.createNewFile(); // 创建新文件
      BufferedWriter out = new BufferedWriter(new FileWriter(writename));
      Station start = MyMap.myMap.getStation(startStation);//获取开始站点实例
      Station end = MyMap.myMap.getStation(endStation);//获取结束站点实例
      bfs(start,end);//bfs广度优先搜索
      //新建栈（后进先出），用于从终点站通过父节点倒推到开始站点，得到最短路径
      Stack stationStack = new Stack();
      //新建栈，储存最短路径前后站点的共同线路
      Stack lineStack = new Stack();
      Station cur=end;
      while(cur!=null) {
          stationStack.push(cur);//将当前站点推入栈
          List line = new ArrayList();
          line.addAll(cur.getLineList());//list拷贝
          cur = cur.getParent();//获取父节点
          if(cur==null)//当当前站点为空，即前一个站点为开始站点，结束循环
              break;
          line.retainAll(cur.getLineList());//取交集
          lineStack.push(line.get(0));//默认交集只有一个
      }
      Line preLine = lineStack.peek();//之前的线路获取栈顶（不弹出）
      Line curLine = null;//当前线路
      while(!stationStack.isEmpty()) {
          Station station = stationStack.pop();//弹出站点栈的栈顶
          out.write(station.getStationName()+"  "); //输出站点名（\r\n为换行）
          out.flush(); //把缓存区内容压入文件
          System.out.print(station.getStationName());
          if(!lineStack.empty()) {//当线路栈不为空时
              curLine = lineStack.pop();//弹出当前线路
              if(curLine!=preLine) {//如果当前线路与之前线路不同，说明发生了换乘
                  System.out.print(curLine.getLineName());
                  out.write(curLine.getLineName()); //\r\n为换行
                  out.flush(); //把缓存区内容压入文件
              }
              preLine = curLine;
          }
          out.write("\r\n"); // \r\n为换行
          out.flush(); // 把缓存区内容压入文件
          System.out.print("\n");
      }
      out.close();
  }

• bfs广度优先搜索

  假设相邻站点间的距离为1，使用广度优先搜索，层层遍历临近站点，得到相对最优的的最短路径（没有考虑换乘次数）。

  public static void bfs(Station start, Station end) {
      Queue queue = new LinkedList();//待访问站点队列
      queue.add(start);//加入开始站点
      while(!queue.isEmpty()) {//当队列不为空的时候循环
          Station cur = queue.poll();//队列弹出第一个待访问站点作为当前站点
          MyMap.myMap.visited(cur);//将当前站点标记为已访问（true）
          if(cur == end)//如果当前站点为终点站点，结束循环
              break;
          //创建list加入当前站点的前后站点列表
          List list = new ArrayList();
          list.addAll(cur.getPreStation());
          list.addAll(cur.getPostStation());
          //遍历list
          for(Station station : list) {
              //对于list中的站点，若不为空且没有访问过
              if(station!=null&&!MyMap.myMap.isVisited(station)) {
                  //把前站点（cur）设为当前站点(station)的父节点（访问路径的前站点）
                  station.setParent(cur);
                    //将当前站点（station）加入队列
                  queue.add(station);
              }
          }
      }
  }

测试

• 一条线路的起始站到另一线路的终点站

  

• 输入命令有误

  

• 站点不存在

  

• 线路不存在

  

• 起始站与终点站相同

  

总结

待改进的地方

• 最短路径没有考虑换乘次数，因此某些线路换乘次数过多，没有考虑到实际的应用。

• 一些特殊的线路程序没有办法处理，如机场线
  

感悟与收获

• 没有按照规划严格执行进度，因此后期十分匆忙。

• 复习了数据结构的相关知识，并且练习了GitHub的使用。