北京地铁线路查询
项目概述
项目目的为开发一个北京地铁系统的路径查询系统，用户通过输入出发地和目的地，得到最优的出行方案。源代码：github
本人选择使用网页形式向用户呈现结果，采用的web框架为：tornado。参考链接：Tornado
算法上选择了Dijkstra算法，由于站点间的实际距离数据难以获得，构建图时将临近站点距离视为1个单位。参考链接：Dijkstra
运行截图
出发地和目的地的选择：
返回查找路径结果：
后端实现
根据需求，所有站点和线路的信息存放在station.txt文件。为方便读取和数据处理，station.txt文件中的格式修改为：
总线路数 线路1 数目1 站点1-1 是否换乘 站点1-2 是否换乘 …… 线路2 数目2 站点2-1 是否换乘 站点2-2 是否换乘 …… 线路n 数目n 站点n-1 是否换乘 站点n-2 是否换乘 ……
以北京目前拥有的24条地铁线路为例，station.txt的部分截图（0表示为不可换乘站，1表示可换乘站）如下图所示:
处理后的数据存放在字典中：
得到所有站点数据后就需要创建图。在创建图时会发现，若以领接矩阵形式存放数据，会有大量空间浪费，因为换乘站占总站数的比例很小。所以考虑使用领接表效率更高。
class GraphAL(Graph):
def __init__(self,mat=[],unconn=0):
vnum=len(mat)
for x in mat:
if len(x)!=vnum:
raise ValueError("Argument for 'GraphAL'.")
self._mat=[Graph._out_edges(mat[i],unconn) for i in range(vnum)]
self._vnum=vnum
self._unconn=unconn
def add_vertex(self):#增加新节点时安排一个新编号
self._mat.append([])
self._vnum+=1
return self._vnum-1
def add_edge(self,vi,vj,val=1):
if self._vnum==0:
raise GraphError("cannot add edge to empty graph")
if self._invalid(vi) or self._invalid(vj):
raise GraphError(str(vi) + ' or ' + str(vj) + " is not a valid vertex.")
row=self._mat[vi]
i=0
while ivj:#原来如果没有到vj的边，退出循环，加入边
break
i+=1
self._mat[vi].insert(i,(vj,val))
def get_edge(self,vi,vj):
if self._invalid(vi) or self._invalid(vj):
raise GraphError(str(vi) + ' or ' + str(vj) + " is not a valid vertex.")
for i,val in self._mat[vi]:
if i==vj:
return val
return self._unconn
def out_edges(self,vi):
if self._invalid(vi):
raise GraphError(str(vi)+" is not a valid vertex.")
return self._mat[vi]
在后端核心的寻找路径代码上，选择了Dijkstra算法。Dijkstra用于求图中指定两点之间的最短路径，或者是指定一点到其它所有点之间的最短路径，实质上是贪心算法。
寻找最短路径代码：
def dijkstra_shortest_pathS(graph,v0,endpos):
vnum=0
for i in pathss.keys():
vnum+=1
assert 0<=v0#长为vnum的表记录路径
count=0
cands=PrioQueue([(0,v0,v0)])#求解最短路径的候选边集记录在优先队列cands中（p,v,v'）v0经过v到v'的最短路径长度为p，根据p的大小排序，保证选到最近的未知距离顶点
while count#取路径最短顶点
if paths[vmin]:#如果这个点的最短路径已知，则跳过
continue
paths[vmin]=(u,plen)#新确定最短路径并记录
for v in graph[vmin]:#遍历经过新顶点组的路径
if not paths[v]:#如果还不知道最短路径的顶点的路径，则记录
cands.enqueue((plen+1,vmin,v))
count+=1
return paths
前端实现
前端上选择了轻量级的tornado框架，该框架的优点有：
- 抗负载性强
- 异步非阻塞IO处理方式
- 优异的处理性能，不依赖多进程/多线程，一定程度上解决C10K问题
- WSGI全栈替代产品，推荐同时使用其web框架和HTTP服务器
该项目设计了两个页面，一个是主页面，即查询页面（testUI.html），另一个是结果展示页面（index.html）。
前后端交互的整体思路为：
- 后端向前端发送线路及站点信息，前端通过多选框形式展示给用户
- 前端将用户选择的出发地和目的地发送给后端处理
- 后端将得到的线路查询结果发送给前端，前端渲染后返回给用户
框架上开启了8080端口，使用者可运行app.py后在chrome输入127.0.0.1:8080 进行操作。代码如下：
from tornado import web,ioloop,httpserver
import findPath
data=findPath.data
RESULT='test'
class MainPageHandler(web.RequestHandler):
def get(self, *args, **kwargs):
self.render('testUI.html',data=data,result='')
def post(self, *args, **kwargs):
startPos = self.get_argument('startPos')
endPos = self.get_argument('endPos')
if startPos and endPos:
global RESULT
RESULT = findPath.getPath(startPos, endPos)
self.redirect('/index')
else:
self.write('内容不能为空')
class ShowResultHandler(web.RequestHandler):
def get(self, *args, **kwargs):
self.render('index.html',result=RESULT)
def post(self, *args, **kwargs):
self.redirect('/')
settings = {
'template_path':'templates',
'static_path':'static'
}
application = web.Application([
(r"/", MainPageHandler),
(r"/index", ShowResultHandler),
], **settings)
if __name__ == '__main__':
http_server = httpserver.HTTPServer(application)
http_server.listen(8080)
ioloop.IOLoop.current().start()
testUI.html代码如下：
Beijing Metro
index.html代码如下：
Beijing Metro
总结
本项目的后端用python实现，核心代码采用Dijkstra算法，web框架选择了tornado。
该项目让我简单复习了图的构建和Dijkstra算法，感受到了在开发一个项目时，程序封装对后期维护和调试的重要性。
前端页面上使用了下拉框以避免用户的非法输入，同时也提高了使用体验。由于之前没有web前端开发的经验，通过自学后受益匪浅。