数据结构课程设计4：公交线路提示

1.任务：

[问题描述]

上网下载真实南京公交线路图，建立南京主要公交线路图的存储结构。

[基本要求]

（1）输入任意两站点，给出转车次数最少的乘车路线。

（2）输入任意两站点，给出经过站点最少的乘车路线。

2.采用的数据结构

使用顺序结构，队列和图

3.算法设计思想

建立公交车类型结构，对于每辆车的编号，经过的站点数和经过的站点编号进行存储。建立公交站台类型结构，对于每个编号的公交站点的名称，经过该站点的公交车的数量和编号进行存储。

当寻找经过站点数最少的方案时，使用广度优先遍历，逆向存储，从终点站起，对每个在栈中的站点的公交线路进行遍历，使该线路上该站点的前后站（未进栈过的）依次进栈并标记，记录进栈站点的后一站点和公交线路，直至找到起点站。

当寻找换乘次数最少的方案时，使用深度优先遍历，逆向存储，从终点起，对每个在栈中的站点的公交线路进行遍历，使该线路上每一个未进栈的站点进栈，并标记其后一站点和公交线路，直至找到起点站为止。

4.源程序

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <windows.h>
using namespace std; typedef struct Bus
{int No;                         //该公交车的编号int StationCount;               //该公交车经过的站点数量int BusRoute[80];               //该公交车依次经过的站点编号
}Bus;typedef struct Station
{char StationName[60];          //站点名称int BusCount;                  //经过该站点的公交车数量short int bus[35];             //经过该站点的公交车的编号
}Station;typedef struct BusMap
{Bus bus[1000];Station station[10000];int BusCount;                  //公交车数量int StationCount;              //站点数量
}BusMap;int GetBusStation(BusMap &M, char busname[60])            //获取站台名对应的编号
{for (int i=1;i<=M.StationCount;i++){if (strcmp(M.station[i].StationName,busname)==0){return i;}}return 0;
}int IncreaseBusStation(BusMap &M, char busname[60])
{int num=GetBusStation(M,busname);if (num==0){strcpy(M.station[++M.StationCount].StationName,busname);num=M.StationCount;}M.bus[M.BusCount].BusRoute[M.bus[M.BusCount].StationCount]=num;M.station[num].bus[++M.station[num].BusCount] = M.bus[M.BusCount].No;for (int i=0;i<60; i++){busname[i]='\0';}return num;
}int CreateMap(BusMap &M)                                  //创建图
{M.BusCount=0;M.StationCount=0;for (int i=0; i<1000;i++){M.bus[i].StationCount=1;}for (int i=0;i<10000;i++){M.station[i].BusCount=0;}int num=0;char busname[60];char ch;FILE *fp;if ((fp=fopen("南京公交线路.txt", "r"))==NULL){printf("文件打开失败\n");exit(0);}fscanf(fp, "%d", &M.bus[++M.BusCount].No);while (ch!=' '){ch=fgetc(fp);}while (1){ch=fgetc(fp);if (feof(fp)){IncreaseBusStation(M,busname);break;}if(ch==' '){continue;}if(ch==','){IncreaseBusStation(M,busname);num=0;M.bus[M.BusCount].StationCount++;continue;}if(ch=='\n'){IncreaseBusStation(M,busname);num=0;char chh;chh=fgetc(fp);if (feof(fp)){break;}fseek(fp, -1L, 1);fscanf(fp, "%d", &M.bus[++M.BusCount].No);while (ch != ' '){ch = fgetc(fp);}continue;}busname[num++]=ch;}fclose(fp);
}int GetBus(BusMap &M, int No)                             //获取公交线路对应的编号
{for (int i=1; i<= M.BusCount;i++){if (M.bus[i].No == No){return i;} }return 0;
}typedef struct LNode                                      //队列基本操作
{int data;struct LNode *next;
}LNode,*QueuePtr;typedef struct LinkQueue
{QueuePtr front;QueuePtr rear;
}LinkQueue;void InitQueue(LinkQueue &Q)
{Q.front=Q.rear=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));if(Q.front==NULL) exit -1;Q.front->next=NULL;
}int QueueEmpty(LinkQueue Q)
{if (Q.front!=Q.rear){return 0;}else{return 1;}
}void EnQueue(LinkQueue &Q,int e)
{LNode *s;s=(LNode *) malloc(sizeof(LNode));if(s==NULL) exit -1;s->data=e;Q.rear->next=s;Q.rear=s;
}int DeQueue(LinkQueue &Q)
{LNode *p;int e;if (Q.front==Q.rear) return -1;p=Q.front->next;e=p->data;Q.front->next=p->next;if(Q.rear == p){Q.rear=Q.front;}free(p);return e;
}typedef struct info                           //PreStation记录前一站号，busno记录经过该站所乘坐的公交车
{int NextStation;int busno;short int visited;
}info;info k[10000];int FindLeastStationNum(BusMap &M,char StartStation[60],char EndStation[60])         //寻找乘坐站数最少的方案
{int start,end;start=GetBusStation(M,StartStation);end=GetBusStation(M,EndStation);for(int i=1;i<10000;i++){k[i].visited=0;k[i].NextStation=i;k[i].busno=0;}LinkQueue Q;InitQueue(Q);EnQueue(Q,end);                          //倒序查找 k[end].visited=1;int count=1;while(1){count++; EnQueue(Q,-1);                        //-1为标记 while(Q.front!=Q.rear){end=DeQueue(Q);if(end==-1){break;}for(int i=1;i<=M.station[end].BusCount;i++)                     //遍历所有经过此站的线路 {int b;b=GetBus(M,M.station[end].bus[i]);for(int j=1;j<=M.bus[b].StationCount;j++){if (M.bus[b].BusRoute[j]==end)                         //找到该路车中该站点的序号 {if (M.bus[b].BusRoute[j+1]==start || M.bus[b].BusRoute[j-1]==start)    //下一站或上一站为起始站 {int bus=k[end].busno;printf("最少经过%d个站点\n\n",count);cout<<M.station[start].StationName;printf("(乘坐%d路)->", M.bus[b].No);count--;while(count--){if (count==0){cout<<M.station[end].StationName<<"(到达终点，下车)"<<endl; }else{cout<<M.station[end].StationName;printf("(乘坐%d路)->" ,bus);}end=k[end].NextStation;bus=k[end].busno;}return 1;}if ((k[M.bus[b].BusRoute[j-1]].visited==0) && (j-1>0) )                       //当前一站存在且未被访问 {k[M.bus[b].BusRoute[j-1]].busno = M.bus[b].No;k[M.bus[b].BusRoute[j-1]].NextStation=end;EnQueue(Q, M.bus[b].BusRoute[j-1]);k[M.bus[b].BusRoute[j-1]].visited=1;}if ((k[M.bus[b].BusRoute[j+1]].visited==0) && (j+1<=M.bus[b].StationCount))    //当后一站存在且未被访问 {k[M.bus[b].BusRoute[j+1]].busno=M.bus[b].No;k[M.bus[b].BusRoute[j+1]].NextStation=end;EnQueue(Q, M.bus[b].BusRoute[j+1]);k[M.bus[b].BusRoute[j+1]].visited=1;}break;}}}}}
}int FindLeastTransfer(BusMap &M,char StartStation[60],char EndStation[60])         //寻找转车最少的方案
{int start,end;start=GetBusStation(M,StartStation);end=GetBusStation(M,EndStation);for(int i=1;i<10000;i++){k[i].visited=0;k[i].NextStation=i;k[i].busno=0;}LinkQueue Q;InitQueue(Q);EnQueue(Q,end);                          //倒序查找 k[end].visited=1;int count=1;while(1){EnQueue(Q,-1);while(Q.front!=Q.rear){end=DeQueue(Q);if(end==-1){count++;break;}for(int i=1;i<=M.station[end].BusCount;i++){int b;b=GetBus(M,M.station[end].bus[i]);for(int j=1;j<=M.bus[b].StationCount;j++){if(M.bus[b].BusRoute[j]==start){int bus;bus=k[end].busno;printf("至少需要乘坐%d班公交车\n",count);cout<<M.station[start].StationName;printf("(乘坐%d路公交车)->",M.bus[b].No);while(count--){if(count==0){cout<<M.station[end].StationName<<"（到达终点，请下车！）"<<endl;}else{cout<<M.station[end].StationName;printf("(换乘%d路车)->",bus);}end=k[end].NextStation;bus=k[end].busno;}return 1;}else if(k[M.bus[b].BusRoute[j]].visited==0){k[M.bus[b].BusRoute[j]].visited=1;k[M.bus[b].BusRoute[j]].busno=M.bus[b].No;k[M.bus[b].BusRoute[j]].NextStation=end;EnQueue(Q,M.bus[b].BusRoute[j]);}}}}}
}int FindLeastTransfer1(BusMap &M,char StartStation[60],char EndStation[60])         //寻找转车最少的方案（具体）
{int start,end;start=GetBusStation(M,StartStation);end=GetBusStation(M,EndStation);int end1=end;for(int i=1;i<10000;i++){k[i].visited=0;k[i].NextStation=i;k[i].busno=0;}LinkQueue Q;InitQueue(Q);EnQueue(Q,end);                          //倒序查找 k[end].visited=1;while(1){EnQueue(Q,-1);while(Q.front!=Q.rear){end=DeQueue(Q);if(end==-1){break;}for(int i=1;i<=M.station[end].BusCount;i++){int b;b=GetBus(M,M.station[end].bus[i]);int loc; for(int j=1;j<=M.bus[b].StationCount;j++){if(M.bus[b].BusRoute[j]==end){loc=j;break;}}for(int j=loc+1;j<=M.bus[b].StationCount;j++){if(M.bus[b].BusRoute[j]==start){int bus;bus=k[end].busno;printf("具体公交路线如下：\n");cout<<M.station[start].StationName;printf("(乘坐%d路公交车)->",M.bus[b].No);while(end!=end1){cout<<M.station[end].StationName;printf("(乘坐%d路车)->",bus);end=k[end].NextStation;bus=k[end].busno;}cout<<M.station[end].StationName<<"（到达终点，请下车！）"<<endl;return 1;}else if(k[M.bus[b].BusRoute[j]].visited==0){k[M.bus[b].BusRoute[j]].visited=1;k[M.bus[b].BusRoute[j]].busno=M.bus[b].No;k[M.bus[b].BusRoute[j]].NextStation=M.bus[b].BusRoute[j-1];EnQueue(Q,M.bus[b].BusRoute[j]);}}for(int j=loc-1;j>=1;j--){if(M.bus[b].BusRoute[j]==start){int bus;bus=k[end].busno;printf("具体公交路线如下：\n");cout<<M.station[start].StationName;printf("(乘坐%d路公交车)->",M.bus[b].No);while(end!=end1){cout<<M.station[end].StationName;printf("(乘坐%d路车)->",bus);end=k[end].NextStation;bus=k[end].busno;}cout<<M.station[end].StationName<<"（到达终点，请下车！）"<<endl;return 1;}else if(k[M.bus[b].BusRoute[j]].visited==0){k[M.bus[b].BusRoute[j]].visited=1;k[M.bus[b].BusRoute[j]].busno=M.bus[b].No;k[M.bus[b].BusRoute[j]].NextStation=M.bus[b].BusRoute[j+1];EnQueue(Q,M.bus[b].BusRoute[j]);}}}}}
}int main()
{BusMap M;CreateMap(M);char start[60],end[60];printf("请输入起点：");cin>>start;fflush(stdin);printf("请输入终点：");cin>>end;printf("----------------------------------\n\n");if(GetBusStation(M,start)==0 || GetBusStation(M,end)==0){printf("站点输入有误！\n");}else{FindLeastStationNum(M,start,end);printf("\n----------------------------------\n\n");FindLeastTransfer(M,start,end);printf("\n");FindLeastTransfer1(M,start,end);}return 0;
}

5.源程序测试数据及结果

公交线路提示测试数据及结果

6.存在问题及解决办法

在存储车站和公交路线时，使用了数组，无法把握空间，可能会产生大空间的浪费或是溢出的问题。但是由于各个站点经过的公交车数不同，无法使用链表进行存储。可以考虑在之后采用动态存储，例如vector等，不易产生空间问题。

7.文档内容

txt文档中每一行表示一个线路，线路号（注意不一定连续，可能有部分数字线路不存在）和后面站名之间用空格分隔，各站名之间用英语逗号分隔。

（好像没有找到上传文档链接的方法，有需要可以私发邮箱）