个人项目——地铁线路规划

Posted 2021-03-26 31701087叶家鑫

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了个人项目——地铁线路规划相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

GitHub项目地址：https://github.com/ye1014239226/Subway1.git

问题描述

1.输入地铁线路的名字，显示该线路上的站点信息

2.输入起末站的站点名字，输出最优的换乘路线(经过站点数量最少)

完成进度

基本功能全部完成，在细节上存在瑕疵

解决思路

1.收集北京地铁的线路信息，存入txt文件中，并导入到设计的数据存储方式中去

2.读入数据并且构建地铁线路图的数据结构

3.使用迪杰斯特拉算法求最短的换乘路径

4.测试

解决过程

1.数据存储

txt的存储形式如下

线路名

站点名:站点名距离

...

站点名:站点名距离

*线路名-站点名,....,站点

//前半部分用于最优换乘线路的查找，后半部分用于查询线路上的站点名称

001
苹果园:古城    1
古城:八角游乐园    1
八角游乐园:八宝山    1
八宝山:玉泉路    1
玉泉路:五棵松    1
五棵松:万寿路    1
...
四惠:四惠东 1

*001-苹果园,古城,八角游乐园,八宝山,玉泉路,.....,四惠东

2.代码解析

Station类

存储站点信息：站点名成，所在路线，邻接站点，以地铁站名称进行唯一区分

public class Station {
    private String name;//站点名称
    private String line;//站点所属线路
    private List<Station> linkStations = new ArrayList<>();//邻接站点
}

Result类

存储运行结果

public class Result {
    private Station starStation;//输入起始站点
    private Station endStation;//输入终点站点
    private double distance=0;
    private List<Station> passStation = new ArrayList<>();//经过的站点
}

Builder类

初始化数据（邻接点之间的距离），从txt读取初始化数据

public class Builder {
    public  static String FILE_PATH;
    public  static String WRITE_PATH;
    public static HashMap<String,HashMap<String,Double>> distanceMap = new HashMap<String,HashMap<String,Double>>();//存放站名，站名，距离
    public static LinkedHashSet<List<Station>> lineSet = new LinkedHashSet<>();//所有线集合
    public static HashMap<String,List<Station>> lineData;
    private Builder() {
    }

    static {
        Create();
    }
}

Create():将站点名存入地铁线路中

    public static void Create(){
        lineData = new HashMap<>();
        for (List<Station> stations : lineSet) {
            lineData.put(stations.get(1).getLine(),stations);
        }
    }

getLineNameByStation():根据站点名查询所在地铁线路名

    public static String getLineNameByStation(Station station){
        Create();
        String startname = station.getName();
        for (Map.Entry<String,List<Station>> entry : lineData.entrySet()) {
            List<Station> stations =  entry.getValue();
            for (Station sta : stations){
                if(sta.getName().equals(startname)){
                    return entry.getKey();
                }
            }
        }
        return "";
    }

getLine():得到地铁线路并且根据“，”划分成若干个数组

    public static ArrayList<Station> getLine(String lineStr,String lineName){
        ArrayList<Station> line =  new ArrayList<Station>();
        String[] lineArr = lineStr.split(",");
        for (String s : lineArr) {
            line.add(new Station(s,lineName));
        }
        return line;
    }

getLineDate():输出给定线路名称上所有的站点名称

    public static void getLineDate(String lineName) {
        Create();
        lineName=lineName.substring(0,3);
         List<Station> lineInfo = lineData.get(lineName);
         String lineStr = lineInfo.stream().map(x->x.getName()).collect(Collectors.joining(",","[","]"));
         System.out.print(lineStr);
    }

getPassStation():输出最优线路需要经过的站点以及换乘线路信息

    public static void getPassStation(Result result){
        Station starStation = result.getStarStation();
        String starLine = getLineNameByStation(starStation);
        String converLine = starLine;
        System.out.println("起始地铁线："+starLine);
        for (Station station : result.getPassStation()) {
            if(!converLine.equals(station.getLine())){//地铁站名所在地铁线与当前地铁线不同时，切换地铁线并输出
                System.out.print("(换乘地铁线："+station.getLine()+")");
                converLine = station.getLine();
                converLine = station.getLine();
            }
            System.out.print(station.getName() + "->");
        }
    }

readSubway():从给定路径中读取地铁线路信息

    public static void readSubway() {
        File file = new File(FILE_PATH);
        BufferedReader reader = null;

        try {
            InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(new FileInputStream(file),"UTF-8");

            reader = new BufferedReader(inputStreamReader);
            String line = null;
            String lineName = "001";
            distanceMap.put("001",new HashMap<>());
            while ((line = reader.readLine()) != null) {//如果之前的文件为空，则不执行输出
                if(line.trim().length()==1||line.trim().length()==3||line.trim().length()==2){
                    if(line.trim().length()==3||line.trim().length()==2){ 
                        continue;
                    }
                    lineName = line;
                    if(!distanceMap.keySet().contains(line)){
                        distanceMap.put(line.trim(),new HashMap<>());
                    }
                }else{
                    if(line.trim().startsWith("*")){//当line以*开始时
                        String[] lineInfo = line.substring(1).split("-");//从第2个字符开始，以“-”划分成两个数组
                        lineSet.add(getLine(lineInfo[1].trim(),lineInfo[0].trim()));
                    }else{//根据空格，“：”拆分字符串,存入distanceMap中
                        String texts[] = line.split("\\t");
                        String key = texts[0].trim();
                        Double value = Double.valueOf(texts[1]);
                        distanceMap.get(lineName).put(key,value);
                        String other = key.split(":")[1].trim()+":"+key.split(":")[0].trim();
                        distanceMap.get(lineName).put(other,value);
                    }
                }
            }

        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
        }
    }

Dijkstra类

最短路径查找

寻找分析点的所有相邻点并且记录权值，选取最短距离的邻点，循环遍历，直到没有点可以遍历

public class Dijkstra {
     private static HashMap<Station, Result> resultMap = new HashMap<>();
        private static List<Station> analysisList = new ArrayList<>();//存放已经分析过的站点（已被分析表示起始点到该点的最短路径已求出）
}

getNextStation():计算最小的权重值，计算下一个需要分析的点

        private static Station getNextStation() {
            Double min = Double.MAX_VALUE;
            Station rets = null;
            Set<Station> stations = resultMap.keySet();//获取resultMap中的station集合
            for (Station station : stations) {
                if (analysisList.contains(station)) {//如果该点被标记为“已被分析”,则跳过分析
                    continue;
                }
                //循环比较resultMap中未被标记的点，求出最短路径的result对象。
                Result result = resultMap.get(station);
                if (result.getDistance() < min) {
                    min = result.getDistance();
                    rets = result.getEndStation();
                }
            }
            return rets;//返回下一个站点
        }

getLinkStations():找出所有的邻接点

       public static List<Station> getLinkStations(Station station) {
            List<Station> linkedStaions = new ArrayList<Station>();

           for (List<Station> line : Builder.lineSet) {//遍历每条地铁线
                for (int i = 0; i < line.size(); i++) {
                    if (station.equals(line.get(i))) {
                        if (i == 0) {   //如果该站点位于地铁线的起始站，则相邻站为地铁线的第二个站点(i+1)，
                            linkedStaions.add(line.get(i + 1));
                        } else if (i == (line.size() - 1)) {//如果该站点位于地铁线的最后一个站，则相邻站为地铁线的倒数第二个站点（i-1），
                            linkedStaions.add(line.get(i - 1));
                        } else {  //如果该站点位于地铁线的其余位置，则相邻站点为该站点前后位置（i-1/i+1）
                            linkedStaions.add(line.get(i + 1));
                            linkedStaions.add(line.get(i - 1));
                        }
                    }
                }
            }
            return linkedStaions;
        }

calculate():循环遍历，通过不断的更新parent和child点获取最佳点，直到遍历结束

        public static Result calculate(Station star, Station end) {
            if (!analysisList.contains(star)) {
                analysisList.add(star);
            }//将star站点放到以及分析的站点中去
            if (star.equals(end)) {
                Result result = new Result();
                result.setDistance(0.0D);
                result.setEndStation(star);
                result.setStarStation(star);
                return resultMap.put(star, result);
            }//当star站点等于end站点，则设置result的距离为0，end站点为star站点。
            if (resultMap.isEmpty()) {  //当第一次调用calculate，并且起始点和终止点不同，那么resultMap为空。
                List<Station> linkStations = getLinkStations(star); //把相邻站点集合中的所有站点，加入resultMap中。
                for (Station station : linkStations) {
                    Result result = new Result();
                    result.setStarStation(star);
                    result.setEndStation(station);
                    String key = star.getName() + ":" + station.getName();
                    Double distance = Builder.getDistance(key);
                    result.setDistance(distance);
                    result.getPassStation().add(station);
                    resultMap.put(station, result);
                }
            }
            Station parent = getNextStation();
            if (parent == null) {//如果resultMap所有点keySet被分析完了，则返回的parent为null。
                Result result = new Result();
                result.setDistance(0.0D);
                result.setStarStation(star);
                result.setEndStation(end);
                //put方法的返回值就是value值。
                return resultMap.put(end, result);
            }
            //如果得到的最佳邻点与目标点相同，则直接返回最佳邻点对应的result对象。
            if (parent.equals(end)) {
                return resultMap.get(parent);
            }//分析一个parent最佳点后，把它的相邻点都会加入到resultMap中，在下一次调用getNextStation获取resultMap中未被标记且距离（起始点到该station的距离）最短。
            List<Station> childLinkStations = getLinkStations(parent);
            for (Station child : childLinkStations) {
                if (analysisList.contains(child)) {
                    continue;
                }
                String key = parent.getName() + ":" + child.getName();
                Double distance;
                distance = Builder.getDistance(key);
                Builder.getDistance(key);
                if (parent.getName().equals(child.getName())) {
                    distance = 0.0D;
                }
                Double parentDistance = resultMap.get(parent).getDistance();
                distance = doubleAdd(distance,parentDistance);
                List<Station> parentPassStations = resultMap.get(parent).getPassStation();
                Result childResult = resultMap.get(child);
                if (childResult != null) {
                    if (childResult.getDistance() > distance) { //如果通过最佳点比直接到距离小，则更新resultMap中的对应result对象。
                        childResult.setDistance(distance);
                        childResult.getPassStation().clear();
                        childResult.getPassStation().addAll(parentPassStations);
                        childResult.getPassStation().add(child);//路径更新为A->最佳点->child点。
                    }
                } else {
                    //如果在resultMap中没有最佳点的相邻点，则往resultMap中添加通过最佳点（初始为起始点的最佳邻点）到达该点。
                    childResult = new Result();
                    childResult.setDistance(distance);
                    childResult.setStarStation(star);
                    childResult.setEndStation(child);
                    childResult.getPassStation().addAll(parentPassStations);
                    childResult.getPassStation().add(child);
                }
                resultMap.put(child, childResult);
            }
            analysisList.add(parent);
             calculate(star, end); 
             return resultMap.get(end);//循环遍历得到最好的结果
        }

reMake()：清空分析点集合以及结果集合，为下一次查找做准备

        public static void reMake() {//清空分析点的集合以及结果Map
            analysisList.clear();;
            resultMap.clear();;
        }

test类

首先根据路径获得subway.txt,调用read()函数中的readSubway()函数读取，并存入

根据输入格式不同，选择不同的输出方式

public class test {
     public static void main(String[] args) {
            read();
            System.out.println("线路：001,002,004,005,006,007,008,009,010,013,14东,14西,015,八通线,昌平线,亦庄线,房山线,机场线");
          while(true) {//循环输入
            write();
            Dijkstra.reMake();
            }
        }
        public static void read(){
            Builder.FILE_PATH=System.getProperty("user.dir") + File.separator + "\\\\" +"subway2.txt";//获取当前项目路径
            Builder.readSubway();
        }
        public static void write() {
            Scanner input=new Scanner(System.in);
            System.out.print("输入指令：(查询地铁线路信息：-a 001号线）,（查询起末站线路：-b 苹果园 玉泉路）:");
             String s=input.nextLine();
             String[] split =s.split("\\\\s+");
             switch(split[0]) {
             case "-map":
                 if(split.length==1){
                       Builder.readSubway();
                       System.out.println("成功读取subway.txt文件");
                   }else{
                       System.out.println("重新输入");
                   }
                   break;
             case "-a":
                  if(split.length==2){
                       Builder.readSubway();
                       Builder.getLineDate(split[1]);
                   }else{

                       System.out.println("重新输入");
                   }
                   break;
               case "-b":
                   if(split.length==3){
                       if(split[1].equals(split[2])) {//起末站相同，github中未修改
                           System.out.print("起末站相同，请重新输入");
                       }
                       else {
                       Builder.readSubway();
                       Result result = Dijkstra.calculate(new Station(split[1]), new Station(split[2]));
                       Builder.getPassStation(result);
                       }
                   }else{
                       System.out.println("重新输入");
                   }
                   break;
             }
                System.out.println();
        }
}