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：本项目针对什么问题，实现了哪些功能。为了有效地存储和处理何种数据，采用了何种数据结构。为了解决什么问题，采用了什么算法，算法效率如何。针对其他特定需求做了哪些工作。项目的整体效果如何，有何亮点和创新。

任务分工及完成情况。

任务	设计	开发	测试	文档
1. 系统分析	杨腾泽	杨腾泽	刘鑫成	杨腾泽
2. 系统设计	团队	团队	孙英皓	杨腾泽

工作量占比。

杨腾泽	孙英皓	李培毅	刘鑫成
25	25	25	25

1. 系统分析

1.1 问题描述

设计一个城市公路导航系统，能够计算出省内及周边任意两个城市之间的导航路径及最短距离。选择一个合适的省份，省内及周边城市数量在 100 个左右（最少不低于 80 个）。查阅相关资料获取邻近城市之间的公路里程数据，建立导航地图。任意指定两个城市作为起点和终点，系统能够计算出两个城市之间的最短距离和导航路径。

（1）基于真实的公路地图数据建立导航地图模型，编制成格式简单的数据文件，包括城市名称，以及邻近城市之间的公路里程数。

（2）系统能够读取导航地图数据文件，建立地图模型，也能够将模型输出成地图数据文件，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城市名称，系统给出最短路径和导航路径上途径的城市名称。

（4）能够读取不同的导航地图进行功能测试。

要求系统运行正常、功能完整；数据结构使用得当，算法有较高的效率；代码规范、可读性高，结构清晰；具备一定的健壮性、可靠性和可维护性。

1.2 可行性分析

地图可以用图结构建立模型，每个城市作为图中的一个顶点，城市之间的公路对应图中的边。给定起点和终点的条件下，可以利用最短路径算法求得导航路径。

真实的公路地图数据需要经过预先处理，编辑并保存成便于程序读取和处理的格式。在数据量比较大的情况下，要根据数据的特点采用合适的数据结构。

除了基于真实数据的测试，还可以采用小规模的模拟数据进行测试，以便验证算法的正确性。

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

确定系统的主要输入和输出，如可以设定的参数，数据文件等，明确其主要作用。

（2）数据字典

地点 = 城市名 + 编号 + 地点介绍 + 弧边

（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）XX功能

其他具体功能。

首先简要说明该功能的主要作用，可以用户手册的形式给出系统提示信息、用户输入和系统输出等。

（6）XX功能

其他功能逐项列出。

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

本次使用的程序语言为C++，开发工具为VScode。

介绍项目的文件结构，以及主要函数的功能。

3.1 核心数据结构的实现

typedef struct
{
    int length;//边的长度，既两个地点之的长
    int money;
}ArcCell;                 //定义边的类型
 
typedef struct
{  int no;                 //顶点的编号
   char sight[10];         //地点
   char introduction[100];  //地点的介绍
}VertexType;               //定义顶点的类型
 
typedef struct
{
    int vexnum;                 //顶点数
    int arcnum;                 //边数
    VertexType vexs[NO];       //在图结构体中调用点的结构体
    ArcCell arc[NO][NO];          //在图结构体中调用边的结构体
}MatGrath;

对该数据结构的特点进行分析。

3.2 核心算法的实现

//Dijkstra算法
void Ppath(MatGrath &G,int path[],int w,int v)  //前向递归查找路径上的顶点
{
    int k;
    k=path[w];
    if (k==v)  return;          //找到了起点则返回
    Ppath(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 ShortestPath(MatGrath &G,int v,int w)//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=0; 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;     //v到i有边
        else
            path[i]=-1;    //v到i没有边，置顶点i的前一个顶点为-1
    }
    s[v]=1;
    path[v]=0;              //源点编号v放入s中
    for (i=0; 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=0; 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=0; 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;
                }
    }
 
    if (s[w]==1)
    {
        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[w].sight,dist[w]);
        printf("%s->",G.vexs[v].sight);    //输出路径上的起点
        Ppath(G,path,w,v);    //输出路径上的中间点
        printf("%s\n",G.vexs[w].sight);   //输出路径上的终点
    }
    if(s[w]==0)
        printf("从%d到%d不存在路径\n",v,w);
}

对该算法的时间和空间复杂度进行分析。

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：通过这次数据结构课程设计，我对《数据结构》这门课程有了更深一步的了解，使我对《数据结构》这门课程掌握以及运用更加灵活·同时也让我发现了自已在这门课上的不足与缺陷，同时也明确了自己在以后的类似课程中的具体学习方法。 这次在应用中，我发现了自己的很多不足，在编写城市公路导航系统的过程中，自己C语言方面的只是掌握太少，很多功能需求只能退而求其次，一次又一 次的更改，一次又一次的失败，也终于是在最后也完成了自己的要求，同时我也 知道了平时用功学习的重要性。尤其是在日常学习之中，对于单一的只是点也许 掌握的还不错，但是自己动手太少，实践经验严重不足，且面临课程设计之时，要求多方面的只是结和编码，对于我而言还是有很大的难度的。 如此次对于邻接 矩阵的存储于读取，以及最短路算法的实现，两个及其重要的算法，狄克斯特算法和佛洛依德算法，在具体的应用上还是有很多不足

刘鑫成：

李培毅：

孙英皓：

参考文献

[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. 山东省国道里程表