UrbanHighwayNavigationSystem

项目名称 城市公路导航系统

杨腾泽，刘鑫成，李培毅，孙英皓

摘要： (1) 基于真实的公路数据建立导航地图模型，编制成格式简单的数据文件包括城市线路名称、站点名称。 (2)系统能够读取公路导航地图数据文件，建立公路模型，也能够将模型输出成数据文件，以便验证模型的正确性。 (3)通过人机交互的方式输入起点和终点站名称，系统给出路径长度最短的导航路径。 (4)能够读取不同的地铁导航地图进行功能测试。

1. 系统分析

通过各种算法，实现公路导航

1.1 问题描述

交通网络中常常提出这样的问题：从甲地到乙地之间是否有公路连通?在有多条通路的情况下，哪一条路最短?导航系统便可以解决这样的问题。与此同时，城市的扩建，新地点的添加，新道路的修建，需要导航系统具备添加新地点，添加新路线的功能。而受一些生态工程的实施，例如退耕还林还草，和自然条件的影响，本来存在的一些地点或道路需要删除或更改，此时导航图还应该及时的更新，以适应新的查找两点间最短路径的需要。 除此之外，用户的查找应是极为方便的，对于最短路线， 新添加的地点和路径以及删除的地点和路径的感知应是直观的，这样才能真正的给使用导航系统的人们提供方便。

1.2 可行性分析

明确解决问题的关键，核心数据结构，核心算法等。

确定解决问题的总体思路和方案。

1.3 需求分析

（1）输入和输出

输入城市编号，即可显示该城市的具体信息，最短路径等。 /*********************** 功能：查找某一个城市的信息 输入：城市的编号 输出：城市的编号，名称以及简介 ***********************/

（2）数据字典

描述系统中需要处理的所有数据包含的具体信息。例如：

学生 = 学号 + 姓名 + 成绩

（3）数据文件

系统中需要读取xx数据文件以获取xx数据，或者需要导出xx数据。举例说明xx数据文件的具体格式。

（4）参数设定

系统开始运行时，需要设置的参数。可以用户手册的形式给出设定参数的过程，如系统提示信息和用户输入等。

（5）地图信息修改功能

输入修改编号，即可对指定城市进行修改

2. 系统设计

2.1 概要设计

系统划分为几个模块，可以画模块图。

逐个说明每个模块的功能（输入、输出、做什么，这里不写怎么做）。

2.2 数据结构设计

首先，分析对比几种可选的数据结构设计方案。如图可以采用邻接矩阵，也可以采用邻接表，表示集合可以用普通的查找表，还可以用不相交集。给出每一种设计方案的特点（优势、不足等）。然后，综合考虑各种因素（空间、时间、乃至团队成员的水平等），给出你的选择。

（1）xxx结构

给出核心数据结构的设计，包括文字描述和示意图。讲清楚数据是如何组织的。多个数据结构，逐一列出。

（2）xxx结构

给出核心数据结构的设计，包括文字描述和示意图。讲清楚数据是如何组织的。

2.3 算法设计

首先，分析对比几种可选的算法设计方案。如是否排序，广度优先或深度优先搜索等。给出每一种设计方案的特点（优势、不足）。然后，综合考虑各种因素（空间、时间、乃至团队成员的水平等），给出你的选择。

（1）XXX算法

给出核心算法的设计，包括伪代码或流程图。多个核心算法，逐一列出。只列举解决问题的核心算法，重点讲清楚是如何解决问题的。

（2）XXX算法

给出核心算法的设计，包括伪代码或流程图。

3. 系统实现

采用C++、利用VSCode实现。

本程序首先是用户编辑界面，用户根据自己的需求编写地图，从而加入顶点的数组之中，创建的地图用邻接矩阵存储，在从主函数之中进行调用，实现对两个算法的调用。用户在输入顶点以及边的信息都会存储，在存储成功之后会提示用户存储成功，之后进入到菜单界面，菜单界面提供两种选择口合，分别可以调运Dijkstra和Floyd算法调用之后输入相应的口令以及要查询的城市编号， 算法会根据邻接矩阵存储的地图进行计算，求出最短路径。在以后使用完系统后，可输入口合 0，系统会结束一切运算，退出程序。

3.1 核心数据结构的实现

利用循环结构实现查找某一个城市的信息 如下： int search(MatGrath &G) { int a; int flag=1; printf("请输入您要查询的城市编号\n"); scanf("%d",&a); while(flag) { if(a<=0||a>G.vexnum) { printf("编号不存在，请重新输入\n"); scanf("%d",&a); } else { flag=0;

             printf("编号 景点名称         简介                                                      \n");
             printf(" %-4d %-16s%-58s\n",G.vexs[a].no,G.vexs[a].sight,G.vexs[a].introduction);
             ;
          }
        }
        return 0;

    }

利用深度遍历实现输出城市信息 如下：

     bool visited[MAXV];
    int DFS(MatGrath &G,int m)//深度优先搜索
    {
        int i;
        printf("%d %s %s\n",G.vexs[m].no,G.vexs[m].sight,G.vexs[m].introduction);
        visited[m]=true;
        for(i=1;i<=G.vexnum;i++)
        {
            if(G.arc[m][i].length!=INF&&visited[i]==false)
            {
               DFS(G,i);
            }

        }
     return 0;
    }

3.2 核心算法的实现

核心算法Dijkstra 算法floyd

如以下代码，采用迪杰斯特拉算法实现求取路径最短值 int Ppath2(MatGrath &G,int path[],int i,int v) //前向递归查找路径上的顶点 { int k; k=path[i]; if (k==v) return k; //找到了起点则返回 Ppath2(G,path,k,v); //找顶点k的前一个顶点 printf("%s->",G.vexs[k].sight);//输出顶点k

}

int danyuan(MatGrath &G,int v)//求两点之间的最短路径 { int dist[MAXV],path[MAXV]; int s[MAXV]; int mindis,i,j,u; for (i=1; i<=G.vexnum; i++) { dist[i]=G.arc[v][i].length; //距离初始化 s[i]=0; //s[]置空 if (G.arc[v][i].length<INF) //路径初始化 path[i]=v; else path[i]=-1; } s[v]=1; path[v]=0; //源点编号v放入s中 for (i=1; i<=G.vexnum; i++) //循环直到所有顶点的最短路径都求出 { mindis=INF; //mindis置最小长度初值 for (j=1; j<=G.vexnum; j++) //选取不在s中且具有最小距离的顶点u if (s[j]==0 && dist[j]<mindis) { u=j; mindis=dist[j]; } s[u]=1; //顶点u加入s中 for (j=1; j<=G.vexnum; j++) //修改不在s中的顶点的距离 if (s[j]==0) if (G.arc[u][j].length<INF && dist[u]+G.arc[u][j].length<dist[j]) { dist[j]=dist[u]+G.arc[u][j].length; path[j]=u; } }

for(i=1; i<=G.vexnum; i++)
    if (s[i]==1&&v!=i)
    {
        printf(" 从%s到%s的最短路径长度为:%d米\t路径为:",G.vexs[v].sight,G.vexs[i].sight,dist[i]);
        printf("%s->",G.vexs[v].sight);    //输出路径上的起点
        Ppath2(G,path,i,v);    //输出路径上的中间点
        printf("%s\n",G.vexs[i].sight);   //输出路径上的终点
    }

}

int Ppath1(MatGrath &G,int path[][MAXV],int v,int w) //前向递归查找路径上的顶点 { int k; k=path[v][w]; if (k==-1) return 0; //找到了起点则返回 Ppath1(G,path,v,k); //找顶点i的前一个顶点k printf("%s->",G.vexs[k].sight); Ppath1(G,path,k,w); //找顶点k的前一个顶点j }

如下采用floyd算法求给出的两点之间的最少费用 void ShortestMoney(MatGrath &G,int v,int w)//求花费最少的路径 { int A[MAXV][MAXV],path[MAXV][MAXV]; int i,j,k; for (i=0; i<G.vexnum; i++) for (j=0; j<G.vexnum; j++) { A[i][j]=G.arc[i][j].money; path[i][j]=-1; //i到j没有边 } for (k=0; k<G.vexnum; k++) { for (i=0; i<G.vexnum; i++) for (j=0; j<G.vexnum; j++) if (A[i][j]>A[i][k]+A[k][j]) { A[i][j]=A[i][k]+A[k][j]; path[i][j]=k; } }

if (A[v][w]==INF)
{
    if (v!=w)
        printf("从%d到%d没有路径\n",v,w);
}
else
{
    printf("  从%s到%s路径费用:%d元人民币 路径:",G.vexs[v].sight,G.vexs[w].sight,A[v][w]);
    printf("%s->",G.vexs[v].sight);    //输出路径上的起点
    Ppath1(G,path,v,w);    //输出路径上的中间点
    printf("%s\n",G.vexs[w].sight);   //输出路径上的终点
}

}

4. 系统测试

描述测试的思路和方法。比如，先用小数据量进行测试，再用真实数据进行测试。

测试应考虑到输入数据的特殊情况。

给出若干测试用例，包括输入、预期结果、运行结果或是否通过测试。运行结果和预期结果一致，为通过测试。

5. 总结

概况项目和完成情况。

遇到的问题和解决方法。

个人小结：

杨腾泽：

刘鑫成：本次的系统研发研活动，让我体验到了程序开发的复杂性与程序开发成功的自豪感，一个项目的完成离不开一个团队的团结协作，在进行项目时，需要对其进行反复的纠错和改进，在更改和发现中不断地改进和提升自，从而丰富自己。这次团队体验，让我能够初步地体会到一个团队间的分工协作的重要性，成员分工以及项目领导者的重要性，让我受益匪浅

李培毅：

孙英皓：

参考文献

列出参考的文献资料，根据情况自行添加。

[1] 严蔚敏, 吴伟民. 数据结构（C语言版）. 北京: 清华大学出版社, 2007.