北京地铁线路规划
仓库代码：https://github.com/arthurcao99/SubwayHelper
地铁出行路线规划设计：https://www.cnblogs.com/caolx/p/11558996.html
1.结构概述
该项目分为Control、Main、Model这三个模块。Control模块用于存放文件读取和计算路径代码，Main模块用于存放主函数，Model用于存放各个实体类，如Station类、Line类等。
2.算法使用
由于开始规划这个项目时，未仔细阅读任务要求，错误认为该项目需要利用Dijkstra最短路径算法来求出两个站点之间的最短距离，后发现该程序的要求仅仅是最少站点，对换乘次数并未作具体要求，因此采用了BFS广度优先搜索算法来计算两个站点之间最短路径。
3.具体代码分析
3.1 Model模块
3.1.1 Station
private String stationName; //用于存放站点名称 private LinkedList<Station> connectedStation; //用于存放该站点相邻站点，类似于邻接表结构 private Boolean isChangingStation=false; //用于判断该站点是否为换乘站点
3.1.2 Line
private String lineName; //用于存放线路名称 private ArrayList<Station> stations; //用于存放该线路中的所有站点信息
3.1.3 Graph
通过自定义图结构，方便后续BFS的计算。
private Set<Station> allStations = new HashSet<Station>(); //用于存放所有站点信息 private Map<Station,LinkedList<Station>> adj = new HashMap<Station,LinkedList<Station>>(); //邻接表，用于存放每个站点相邻站点的信息
3.2 Control模块
3.2.1 informationProcessing
该类主要实现了从文件中读取地铁信息，并以此生成邻接表结构的图。由于存在换乘站点，因此多条线路中可能存在同一站点，为了便于后续邻接表的生成，只能允许存在一个相同站点信息，需要判断读入的站点信息是否已经存在。因此通过isExisted方法来判断是否已存在相同站点信息。同时还需读入每个站点相邻站点的信息，因此需要第二次读入操作。
public ArrayList<Line> inputinformation(String filePath) throws IOException{ File file =new File(filePath); ArrayList<Line> lines=this.lines; ArrayList<Station> allStations=this.allStations; try { BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(file),"UTF-8")); String lineTxt=null; while ((lineTxt=br.readLine())!=null){ String[] txt = lineTxt.trim().split(" "); Line line=new Line(); line.setLineName(txt[0]); ArrayList<Station> stations=new ArrayList<Station>(); for (int i=1;i<txt.length;i++){ Station station=isExisted(txt[i],allStations); if (station==null){ station=new Station(); station.setStationName(txt[i]); allStations.add(station); }else{ station.setChangingStation(true); } stations.add(station); } line.setStations(stations); lines.add(line); } br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(file),"UTF-8")); lineTxt=null; while ((lineTxt=br.readLine())!=null){ String[] txt = lineTxt.trim().split(" "); for (int i=1;i<txt.length;i++){ Station station=new Station(); if (i>1&&i<txt.length-1){ station=this.Search(txt[i],allStations); if (station!=null){ Station newStation=new Station(); newStation=this.Search(txt[i-1],allStations); if (newStation!=null){ station.addConnection(newStation); } newStation=this.Search(txt[i+1],allStations); if (newStation!=null){ station.addConnection(newStation); } } }else if (i==1){ station=this.Search(txt[i],allStations); if (station!=null){ Station newStation=new Station(); newStation=this.Search(txt[i+1],allStations); if (newStation!=null){ station.addConnection(newStation); } } }else if (i==txt.length-1){ station=this.Search(txt[i],allStations); if (station!=null){ Station newStation=new Station(); newStation=this.Search(txt[i-1],allStations); if (newStation!=null){ station.addConnection(newStation); } } } } } this.allStations=allStations; } catch (UnsupportedEncodingException | FileNotFoundException e) { // Todo Auto-generated catch block e.printstacktrace(); } return lines; } public Station isExisted(String stationName,ArrayList<Station> allStations){ for (int i=0;i<allStations.size();i++){ if (stationName.equals(allStations.get(i).getStationName())){ return allStations.get(i); } } return null; }
public Station Search(String stationName,ArrayList<Station> allStations) //用于搜索站点信息 public void addConnection(String stationName,Station station) //用于添加站点邻接信息 public Map<String,Line> generateMap(ArrayList<Line> lines) //用于创建map映射，方便读取线路信息 public void showLine(String lineName,Map<String,Line> lineMap,String filepath) throws IOException //用于生成某条线路的所有站点，并进行输出 public Graph generateGraph(ArrayList<Station> allStations) //用于将现有数据生成邻接表
3.2.2 ShortestPath
该类主要用来进行最短路径的计算，所用的算法为BFS广度优先搜索，所用的数据结构为邻接表。
为了实现BFS算法，由于Map有唯一key与value相对应，于是我用Map来初始化了visited，用Map来存放pre。
//核心算法 BFS
public void bfs(Station s){
Queue<Station> queue=new LinkedList<>();
queue.add(s);
pre.put(s,s);
visited.put(s,true);
while(!queue.isEmpty()){
Station v=queue.remove();
for (Station w: g.getAdj().get(v)) {
if (!visited.get(w)) {
queue.add(w);
visited.put(w,true);
pre.put(w,v);
}
}
}
}
由于存在不同的站点类型，有普通站点，也有换乘站点，换乘站点存在于多条线路中。为了确定当前处于哪条线路中，对不同的情况需要进行不同的分析。当前站点为普通站点时，直接获得当前线路。但当前站点为换乘站点时，又需要分为两种情况进行讨论。第一种，当前为换乘站点，下一站为普通站点时，直接获取下一站站点的线路作为当前线路。第二种，连续两个都为换乘站点时，取两个站点同时都有的线路作为当前线路。
//最麻烦的输出代码 public void showShortestPath(ArrayList<Station> path,String filepath) throws IOException { File f=new File(filepath); FileOutputStream fos1=new FileOutputStream(f); OutputStreamWriter dos1=new OutputStreamWriter(fos1); System.out.println("总站点数："+path.size()+"站"); dos1.write("总站点数："+path.size()+"站"+"\n"); System.out.println(); System.out.println("具体线路："); dos1.write("具体线路："+"\n"); Station start=path.get(0); Station second=path.get(1); String lineName=""; if (start.getChangingStation()==false&&second.getChangingStation()==false){ lineName=this.inLine(start).get(0).getLineName(); } else if (start.getChangingStation()==true&&second.getChangingStation()==false){ lineName=this.inLine(second).get(0).getLineName(); } else if(start.getChangingStation()==true&&second.getChangingStation()==true){ lineName=this.isInTheSameLine(start,second); } else{ lineName=this.inLine(start).get(0).getLineName(); } System.out.println("--->乘坐："+lineName); dos1.write("--->乘坐："+lineName+"\n"); System.out.println(start.getStationName()); dos1.write(start.getStationName()+"\n"); for (int i=1;i<path.size();i++){ Station NowStation=path.get(i); String curLineName=""; if (i<path.size()-1){ Station nextStation=path.get(i+1); if (NowStation.getChangingStation()==false&&nextStation.getChangingStation()==false){ curLineName=this.inLine(NowStation).get(0).getLineName(); } else if (NowStation.getChangingStation()==true&&nextStation.getChangingStation()==false){ curLineName=this.inLine(nextStation).get(0).getLineName(); } else if(NowStation.getChangingStation()==true&&nextStation.getChangingStation()==true){ curLineName=this.isInTheSameLine(NowStation,nextStation); } else{ curLineName=this.inLine(NowStation).get(0).getLineName(); } System.out.println(NowStation.getStationName()); dos1.write(NowStation.getStationName()+"\n"); if (!lineName.equals(curLineName)){ lineName=curLineName; System.out.println("--->换乘："+lineName); dos1.write("--->换乘："+lineName+"\n"); } } else{ Station preStation=path.get(i-1); if (preStation.getChangingStation()==true&&NowStation.getChangingStation()==false){ if (!this.inLine(NowStation).get(0).getLineName().equals(lineName)){ System.out.println("--->换乘："+this.inLine(NowStation).get(0).getLineName()); dos1.write("--->换乘："+this.inLine(NowStation).get(0).getLineName()+"\n"); } } System.out.println(NowStation.getStationName()); dos1.write(NowStation.getStationName()+"\n"); } } dos1.close(); }
public String isInTheSameLine(Station s1,Station s2) //返回两个换乘站点的相同线路名 public ArrayList<Line> inLine(Station station) //判断当前站点所在的线路，换乘站点存在多个线路 public Iterable<Station> path(Station endStation) //用于得到路径信息
3.1 Main模块
3.1.1 Subway
该主函数用于实现不同参数输入，实现不同的功能。利用switch case结构来对不同的参数进行不同功能的实现。
public static void main(String[] args) throws Exception {
switch (args[0]){
case "-map":
//-map subway.txt
if(args.length==2){
informationProcessing ii=new informationProcessing();
ii.inputinformation(args[1]);
System.out.println("成功读取subway.txt文件");
ArrayList<Line> lines=new ArrayList<Line>();
lines=ii.inputinformation(args[1]);
for (int i=0;i<lines.size();i++){
System.out.println(lines.get(i).getLineName());
for (int j=0;j<lines.get(i).getStations().size();j++){
System.out.print(lines.get(i).getStations().get(j).getStationName()+" ");
}
System.out.println();
}
}else{
System.out.println("验证参数格式！");
}
break;
case "-a":
//-a 1号线 -map subway.txt -o station.txt
if(args.length==6){
informationProcessing ii=new informationProcessing();
ArrayList<Line> lines=new ArrayList<Line>();
lines=ii.inputinformation(args[3]);
if (ii.isLineExisted(args[1],ii.generateMap(ii.getLines()))==true){
ii.showLine(args[1],ii.generateMap(ii.getLines()),args[5]);
}
else {
throw new Exception("线路不存在");
}
System.out.println("已将结果写入station.txt文件");
}else{
System.out.println("验证参数格式！");
}
break;
case "-b":
//-b 洪湖里 复兴路 -map subway.txt -o routine.txt
if(args.length==7){
ArrayList<Line> lines=new ArrayList<Line>();
informationProcessing ii=new informationProcessing();
lines=ii.inputinformation(args[4]);
Graph g=ii.generateGraph(ii.getAllStations());
if (args[1].equals(args[2])){
throw new Exception("请输入两个不同站点");
}
if (ii.Search(args[1],ii.getAllStations())==null){
throw new Exception("站点1不存在，请重新输入");
}
if (ii.Search(args[2],ii.getAllStations())==null){
throw new Exception("站点2不存在，请重新输入");
}
ShortestPath sp=new ShortestPath(ii.Search(args[1],ii.getAllStations()),g,lines);
ArrayList<Station> path=new ArrayList<>();
path=(ArrayList<Station>)sp.path(ii.Search(args[2],ii.getAllStations()));
sp.showShortestPath(path,args[6]);
System.out.println("已将结果写入routine. txt文件");
}else{
System.out.println("验证参数格式！");
}
break;
default:
throw new Exception("参数输入错误");
}
}
4.程序演示
1..利用 -map参数来获得对应的自定义地铁文件（命名为 subway.txt）
java subway -map subway.txt
运行结果：
2.支持一个新的命令行参数 -a进行地铁线路查询，并通过命令参数-o进行输出
java subway -a 2号线 -map subway.txt -o station.txt
运行结果：
3.利用参数-b查询两个站点之间最短（经过的站点数最少）路线，并输出
subway.exe -b 动物园 和平里北街 -map subway.txt -o routine.txt
4.健壮性演示
参数错误：
站点不存在：
线路不存在：
输入相同站点：
5.总结
通过这次大作业，我明白了一个项目不仅仅是只有编写程序这么简单，重要的是开始的规划，所需知识的学习，实践代码，完善代码，查漏补缺，对项目进行各种各样的测试，这整个过程都是十分重要的。不仅如此，通过这次大作业，我也得以复习了大二数据结构课程所学习的图算法，对邻接表这一数据结构也有了更深的认识，对广度优先搜索算法也变得更加熟练，同时，由于本次大作业是使用Java作为主要语言，因此也锻炼了Java编程能力，总之受益匪浅。但这次实验中依然存在不足，一些代码过分冗余、复杂，一些算法也不太熟练。希望通过这次实验能弥补自身的不足，争取在期末大作业中更进一步。
