数据结构课程设计—城市道路交通咨询系统方案

榆林学院

数据结构课程设计报告

题目城市交通咨询系统

作者朝

专业信息管理与信息系统

学号 1514210121 指导老师慧

答辩时间 2016.12.18

目录

1 .系统需求分析 (1)

1.1用户需求分析 (1)

1.2功能需求分析 (2)

1.3数据需求分析 (2)

1.4 小结 (3)

2.系统设计 (3)

2.1系统设计功能 (3)

2.2每个模块的具体功能。 (4)

2.2.1采用C语言定义相关数据类型 (4)

2.2.2建立邻接矩阵交通网络： (4)

2.2.3查询指定城市到其他城市自己建的最短路程： (6)

2.2.4查询任意两个城市之间的一条最短路径： (7)

2.3主函数的调用关系图 (8)

3.系统测试 (9)

3.1操作说明 (9)

3.2测试数据 (10)

3.2.1用户进入界面： (10)

3.2.2、具体功能的实现 (11)

3.2.3、结束程序 (12)

4.总结 (13)

5.致 (13)

6.附录 (14)

1.系统需求分析

现如今网络非常发达，无论人们出差，旅游或者做其他的出行之时，都会想到道路问题，切不仅仅关心的是交通费用，而且对于里程和所需要的时间等的问题也是同样的关心，在此系统中，完全面向用户，可以用一个图结构来表示交通网络系统，利用计算机建立一个交通咨询系统。且在图中，顶点表示城市，边表示城市之间的交通关系。设计一个交通咨询系统，能够让旅客咨询从任一城市顶点到达另外一个城市之间顶点的最短路径问题（最短里程问题）。

对系统分析，主要从以下几个方面进行分析。

1.用户需求分析

2.功能需求分析

3.数据需求分析

1.1用户需求分析

现如今网络非常发达，无论人们出差，旅游或者做其他的出行之时，都会想到道路问题，切不仅仅关心的是交通费用，而且对于里程和所需要的时间等的问题也是同样的关心，在此系统中，完全面向用户，可以用一个图结构来表示交通网络系统，利用计算机建立一个交通咨询系统。且在图中，顶点表示城市，边表示城市之间的交通关系。设计一个交通咨询系统，能够让旅客咨询从任一城市顶点到达另外一个城市之间顶点的最短路径问题（最短里程问题）。

当要查询某两个城市之间的最短交通路线或者其中一个城市到达其余城市的最短路线时，是一个很繁琐的过程。

根据用户自己的需求，可以自定义地图，此程序就是主要以满足用户自己的环境与实际情况，在难以计算路程时，可将地图输入进行计算，系统将会为用户提供所用路径最短的出现路线，更好的满足用户需求。以下是针对咨询用户说明其最基本的模块功能。

（1）进入程序后，用户可自己设置城市的个数，以及所有城市之间总共的路径，且分别用顶点和边表示城市与路径

（2）用户根据自己设置的城市个数和路径数，具体输入每个路径的起始点以及每条路径的长度。

（3）进入菜单选择界面

（4）选择2，系统为用户进行提供任意城市的交通查询,即查询任意两个城

市之间的一条最短路径。

（5）选择1，系统为用户提供指定城市的交通查询，即查询指定城市到其他城市之间的最短路径。如若输入顶点超出围显示错误，系统回到菜单重新选择（6）选择0，系统推出程序。

1.2功能需求分析

城市交通咨询系统总体的设计目标：用《数据结构》中的邻接矩阵作数据结构，并结合数据结构有向图的最短路径计算方法，结合相应的数据算法以及c

语言的相关知识，编写一个良好的，具有可操作性的，以及能方便用户的使用，包括自定义地图，路径与城市个数可结合实际情况而言，相对操作，简便易懂并无难度。系统在菜单可根据命令进行相应的操作，已满足用户的需求。

城市交通系统基本功能

根据以上分析，此系统具备以下功能：

（1）用户进入后的地图创建界面（明确地图中城市的个数以及路径的个数）（2）地图完善界面（用户自己输入地图中相关路径的起始点以及路径长度）（3）菜单界面包含两条命令

（4）命令1求一个城市到所有城市的最短距离

（5）命令2求任意的两个城市之间的最短距离

（6）回复命令0可推出程序。

1.3数据需求分析

?用邻接矩阵建立交通网络模块

VertexType vexs[MVNum];//顶点数组，类型假定为char

Adjmatrix arcs[MVNum][MVNum];//邻接矩阵，类型假定为int型

建立邻接矩阵，用函数void CreateMGraph(MGraph * G,int n,int e) {//

采用邻接矩阵表示法构造有向图G，n、e表示图的当前顶点数和边数

?用迪杰斯特拉算法计算某顶点到其余顶点的最短路径

用函数void Dijkstra (MGraph * G,int n,int e) 来定义此函数

采用邻接矩阵表示法构造有向图G，n、e表示图的当前顶点数和边数

?用弗洛伊德算法求任意一对顶点的最短路径

用函数 void Floyd(MGraph *G,int n) 来定义。利用费洛伊德算法，

求出最短路径。

1.4 小结

从各种需求方面下手改编代码，并不断调试，让界面更加友好。不断地尝试上，在各种问题上不断突破，慢慢的完善代码，等最大限度的满足用户需求。这几天短时间的课程设计也让我认识到了自己在这门课程上还面临着许许多多的问题，为以后的具体实践明确了努力方向。同时，城市交通咨询系统的实现，为用户更好的解决了再实际出行时遇到的路径问题，最初的设计也为代码敲定了编写方向。再三考虑后确定了系统的功能，确定什么功能有实现必要，什么功能可有可无。在这样的基础之下使得思路更加清晰。

2.系统设计

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令，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，可输入口令0，系统会结束一切运算，退出程序。

2.1系统设计功能

菜单界面的主要功能有两个:

（1）、求一个城市到所有城市的最短距离

（2）、求任意的两个城市之间的最短距离

城市交通咨询系统主要有三个模块分别为：

（1）、邻接矩阵的输入与存储构建交通网络

（2）、任意两个城市的最短距离查询

（3）、两个指定城市的最短距离查询

主界面的模块概念图如图2-1：

图 2.1

2.2每个模块的具体功能。

2.2.1采用C语言定义相关数据类型

1．定义一个，用来存储顶点信息。

typedef struct{ VertexType vexs[MAX];

Adjmatrix arcs[MAX][MAX];

}MGraph;

.. 2．定义一个Dijkstra函数

void Dijkstra(MGraph *G,int v,int n);

3．定义一个Floyd函数

void Floyd(MGraph *G,int n);

2.2.2建立邻接矩阵交通网络：

图2-2

邻接矩阵构造图结构函数

数据类型定义：

typedef struct

{

VertexType vexs[MAX];

Adjmatrix arcs[MAX][MAX];

}MGraph;

void CreateMGraph(MGraph *G,int n,int e)//邻接矩阵构成有向图{

int i,j,k,w;

for(i=1;i<=n;i++)

G->vexs[i]=(char)i;

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=n;j++)

G->arcs[i][j]=IDF;

printf("输入%d条边的i,j及w: \n",e);

for(k=1;k<=e;k++)

{

scanf("%d,%d,%d",&i,&j,&w);

G->arcs[i][j]=w;

}

printf("有向图的存储结构建立完毕!\n");

其中vexs[MAX]保存顶点信息，arcs[MAX][MAX]用于保存边与边之间

的信息。在构建时通过输入的边数i ，j 作为矩阵的行、列确定顶点的出度和入度。用邻接矩阵方法存储图。

2.2.3查询指定城市到其他城市自己建的最短路程：

图2-3 应用狄克斯特拉算法来具体实现这一步的需求。

基本思想：设

G

（V,E ）是一个带权有向图，把图中的顶点集合V 分成两组，第一组为已经求出的最短路径的顶点集合（用S 表示，初始时S 中只有一个原点，以后每求得一条最短路径就加入的集合S 中，知道全部顶点都加入到集合中），第二组，为其余未确定最短路径的顶点集合（用U 表示），按最短路径长度的递增次序依次把第二组的顶点就如S 中。如果两个顶点之间有权值，并且各个路径的权值不同，就把最小的作为顶点与顶点的最短距离。

z 图2-4

如图所示若x+yk=>u。同理若x+yu，

D [v1]=0;S[v1]=1; //原点编号放入s中

for(i=2;i

{

min=IDF;

for(w=1;w<=n;w++)

if(!S[w]&&D [w]

{

v=w;min=D [w];

}

S[v]=1; //修改顶点u放入s中

for(w=1;w<=n;w++)

if(!S[w]&&(D [v]+G->arcs[v][w]

{

D [w]=D [v]+G->arcs[v][w];

P [w]=v;

}

}

2.2.4查询任意两个城市之间的一条最短路径：

其具体的流程图如图2-5所示：

图2-5

此过程需要应用弗洛伊德算法来具体实现。

用邻接矩阵保存图存储后，另外需要存一个二维数组A存放当前顶点之间的最短路径长度。分量A[i][j]表示当前顶点i到j的最短路径长度。弗洛伊德算

法的基本思维是递推产生一个矩阵序列A0，A1，A2，….Ak，… An，其中Ak[i][j]表示从顶点到vi到顶点vj的路径上所经过的顶点编号不大于k的最短路径长度。

A[i][j]=cost[i][j]

A(k+1)[i][j]=min{Ak[i][j],Ak[i+1][k+1]+Ak[k+1][j]} 弗洛伊德主要算法，若Ak[i][j]已求出，顶点i到顶点k+1的路径长度为Ak[i][k+1]，顶点路径长度为Ak[i][j]，顶点k+1到顶点j的路径长度为

Ak[k+1][j]，如果此时Ak[i][k+1]+Ak[k+1][j]< Ak[i][j],则将原来的顶点i

到顶点j的路径改为顶点，否则不需要修改顶点i到j的路径。

图2-6

若Ak[i][k+1]+Ak[k+1][ j]< Ak[i][j],修改路径

过程：

for(k=1;k<=n;k++)

{

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=n;j++)

{ if(D[i][k]+D[k][j]

{

D[i][j]=D[i][k]+D[k][j]; //修改长度

P[i][j]=P[i][k];

}

2.3主函数的调用关系图

程序是通过进入程序之后，用户开始根据自己的实际情况来输入具体的地图参数，构建自己所需要的地图大小以及城市个数和路径长短。当输入完毕参数之后，用户进入主菜单查询界面。可根据不同的选口令，用户可以选择不同的系统功能。

查询1可以进入狄克斯特函数，来求取得到一个城市到所有城市自己还能的具体的最短路径以及走法。当用户输入口令2之后，可以进入弗洛伊德函数的调

用，更加提示用户输入想要查询的两个城市，系统会根据地图自动计算出所需要的最短距离以及最短路径，完美的满足用户自己的需求。当输入口令0之后，用户可以选择退出程序，结束城市查询。同时由于地图的邻接矩阵建立是由malloc 函数申请的空间，在结束运行之后，系统自动释放空间，从而减少系统空间的占有率。

图2-7

3.系统测试

3.1操作说明

双击“城市交通咨询系统.exe”，根据屏幕菜单提示信息，选择任意可选项进行相关操作。根据提示开始输入城市个数以及路径总个数。之后开始建立地图，建立成功后根据菜单界面选择功能。

3.2测试数据

输入测试数据可以对程序进行如下的图的数据进行数据测试。

8

4 65

6

7

图3-1

下面运行程序检查输入，输出结果。

3.2.1用户进入界面：

（1）、输入城市个数与路径个数

图3-2

（2）输入具体的顶点以及边的个数：

1

4

3

2

图3-3

地图输入完成，有向图存储结构建立完成。

3.2.2、具体功能的实现

1、求一个城市到所有城市之间的最短距离。

查询一个顶点到其他顶点的最短路径。如下图。经过手工计算：1=>1 长度=0，1=>2 长度=8，1=>3 长度=8+6=14，1=>4 长度=8+5=13；和下图完全一致

图3-4

为保证结果正确换一个顶点进行：如顶点2到其他的距离

经过手工计算：2=>1 长度=6+4=10，2=>2 长度=0，2=>3 长度=6，2=>4 长度=5；和下图完全一致

图3-5

2、求任意的两个城市之间的最短距离

例1到3之间的最短距离，经过计算可得最短距离为1=>2=>3，且路径为14，与下图结果相同。

图3-6

为保证结果正确换一个顶点进行：如顶点2到4之间的最短路径以及距离

经过计算可得2到4的最短路径是2=>4,且最短路径为5

图3-7

3.2.3、结束程序

当用户输入命令0时，结束程序

图3-8

4.总结

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己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，在编写城市交通咨询系统的过程中，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，以及最短路径算法的实现，两个及其重要的算法，狄克斯特拉算法和佛洛依德算法，在具体的应用上还是有很多不足。

通过此次课程设计，我也明白了对于一个完成的程序而言，想要完成它最重要的代码，最初，也是最为重要的一个部分就是算法思想，以及具体程序功能规划，只有最重要的地基部分完美实现，才可以进行接下来的具体代码编程，以及更多细节上的完美。

通过这次的课程设计我有懂得了好多数据结构的知识，以前上课没有听的，不知道的，这次都有所了解了，像有向图的构建，弗洛伊德算法，迪克斯特拉算法。这些知识从曾经的听说到现在的了解，进了一大步。不但如此，这次的课设也是我感觉到了数据结构的强大与神奇。渐渐的爱上他了。不仅让我了解了数据结构更加深了对它与C语言的联系的理解。

因为自己的不学习，导致这次的课设变得如此的艰难。且因为自己生病住院也更是浪费了很大的时间，对于我自己做课程设计的时间就少的可怜，这也无疑是对我更大的挑战。在临近答辩，我的代码才基本完成，夜以继日的努力也终于是让我完成

5.致

本次课程设计我遇到了极大的问题，不管是时间方面还是容方面，自己都显得慌乱过，我能够完成本次课程设计也完全感舍友的支持与帮助，在难点上能够对我进行帮助。尤其感我的知道老师老师。感她在百忙之中抽出时间来为我解答

疑惑，解决问题，她对我此次的课程设计有极大的帮助。再次感老师。课程设计马上结束，同时也所有的负责老师，她们这几天对我们的付出，老师辛苦了。

6.附录

#include

#include

#define MVNum 100//最大顶点数

#define Maxint 32767

enum boolean{FALSE,TRUE};

typedef char VertexType;

typedef int Adjmatrix;

typedef struct{

VertexType vexs[MVNum];//顶点数组，类型假定为char

Adjmatrix arcs[MVNum][MVNum];//邻接矩阵，类型假定为int型

}MGraph;

int D1[MVNum],P1[MVNum];

int D[MVNum][MVNum],P[MVNum][MVNum];

/*建立有向图的储存结构*/

void CreateMGraph(MGraph * G,int n,int e)

{//采用邻接矩阵表示法构造有向图G，n、e表示图的当前顶点数和边数

int i,j,k,w;

for(i=1;i<=n;i++)//输入顶点信息

G->vexs[i]=(char)i;

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=n;j++)

G->arcs[i][j]=Maxint;//初始化邻接矩阵

printf(" === 输入%d条边人i（起点）、j（终点）及w（路径长度）：\n",e);

for(k=1;k<=e;k++)//读入e条边，建立邻接矩阵

{ printf(" ===");

scanf("%d,%d,%d",&i,&j,&w);

G->arcs[i][j]=w;

}

printf(" === 有向图人存储结构建立完毕！ ===\n");

}

/*迪杰斯特拉算法*/

void Dijkstra(MGraph *G,int v1,int n)

{//利用迪杰斯特拉算法，求出有向图G的v1顶点到其他顶点v 的最短路径P[v]及权D[v] int D2[MVNum],P2[MVNum];

int v,i,w,min;

enum boolean S[MVNum];

for(v=1;v<=n;v++)//初始化S和D

{

S[v]=FALSE;//置空最短路径终点集

D2[v]=G->arcs[v1][v];//置初始的最短路径值

if(D2[v]

P2[v]=v1;//v1是v的前趋（双亲）

else

P2[v]=0;//v无前趋（双亲）

}

D2[v1]=0;S[v1]=TRUE;//S集初始时只有源点，距离为0

for(i=2;i

{

min=Maxint;

for(w=1;w<=n;w++)

if(!S[w] && D2[w]

{ v=w;min=D2[w]; }//w顶点离v1顶点更近

S[v]=TRUE;

for(w=1;w<=n;w++)//更新当前最短路径及距离

if(!S[w]&&(D2[v]+G->arcs[v][w]

{ D2[w]=D2[v]+G->arcs[v][w];

P2[w]=v;

}

}

printf(" === 路径长度，路径 ===\n");

for(i=1;i<=n;i++)

{ printf(" === %5d",D2[i]); printf("%5d",i); v=P2[i];

while(v!=0)

{printf("<-%d",v);

v=P2[v];}

printf("\n");

}

}

/*费洛伊德算法*/

void Floyd(MGraph *G,int n)

{//利用费洛伊德算法，求出最短路径

int i,j,k;

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=n;j++)

{

if(G->arcs[i][j]!=Maxint)

P[i][j]=j;

else

P[i][j]=0;

D[i][j]=G->arcs[i][j];

}

for(k=1;k<=n;k++)

{

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=n;j++)

{ if(D[i][k]+D[k][j]

{

D[i][j]=D[i][k]+D[k][j];

P[i][j]=P[i][k];

}

}

}

}

void main()

{

printf(" ***********欢迎使用城市交通咨询系统**********\n"); printf("\n");

printf(" =============================================\n"); MGraph *G;

int n,e,v,w,k;

int xz=1;

G=(MGraph *)malloc(sizeof(MGraph));

printf(" === 输入城市个数和路径个数n，e： ");

scanf("%d,%d",&n,&e);

CreateMGraph(G,n,e);//建立图的存储结构

while(xz!=0)

{

printf(" **************求城市之间的最短距离*************\n"); printf(" ===============================================\n"); printf(" =======1.求一个城市到所有城市的最短距离========\n"); printf(" =======2.求任意的两个城市之间的最短距离========\n"); printf(" ===============================================\n"); printf("\n");

printf("\n");

printf(" ======请选择：1或2，选择0 退出： ");

scanf(" %d",&xz);

if(xz==2)

{

Floyd(G,n);////调用费洛伊德算法

printf(" =============================================\n"); printf(" =======输入源点和终点：v，w： ");

scanf("%d,%d",&v,&w);

k=P[v][w];

if(k==0)

printf(" =====顶点 %d 到 %d 无路径！==================\n",v,w); else

{

printf(" =====从顶点 %d 到 %d 最短路径是 %d ",v,w,v);