C++数据结构-全国交通咨询模拟报告

数据结构课程设计报告

班级：195182

学号：20181003991

姓名：钟欢

日期：2019.12

一、课程设计题目与要求

1.课程设计题目：全国交通咨询模拟

2.问题描述：

出于不同目的的旅客对交通工具有不同的要求。例如，因公出差的旅客希望在旅途中的时间尽可能短，出门旅游的游客则期望旅费尽可能省，而老年旅客则要求中转次数最少。

编制一个全国城市间的交通咨询程序，为旅客提供两种或三种最优决策的交通咨询。3.基本要求：

3.1提供对城市信息进行编辑（如添加或删除）的功能。

3.2城市之间有两种交通工具：火车和飞机。提供对列车时刻表和飞机航班进行编辑（增

加或删除）的功能。

3.3提供两种最优决策：最快到达或最省钱到达。全程只考虑一种交通工具。

3.4旅途中耗费的总时间应该包括中转站的等候时间。

3.5咨询以用户和计算机的对话方式进行。

二、需求分析

1.问题描述

搭建一个全国交通咨询模拟系统，可以实现简单的人机互动从而达到咨询的效果。需要完成的功能有，对城市、列车时刻表、航班时刻表进行编辑（手动/文件添加，删除），能够根据出发城市以及到达城市进行相关线路推荐（花费最少线路、耗时最短线路），其中整个线路的耗时总时长包括中转等待时间。

2.程序的功能：

2.1维护功能：

2.1.1航班操作

2.1.2列车操作

2.1.3更改密码

2.2咨询功能

2.2.1选择出行交通工具

2.2.2选择要查询的信息：

○1查询花费最小的路径

○2查询耗时最短的路径

2.2.3进行进一步的输入得到所需要的结果

三、设计

1.设计思想

1.1数据结构设计

1.1.1逻辑结构设计

采用图结构来表示该全国交通网络，用一个结构体来表示时间，结构体内有标准

化的（天，时，分）的相关表示以及操作，重载的运算符“-”。全国交通网络中的

城市用结点表示，两个城市之间的航线或者列车线用两个结点之间的边来表示。

城市结点中包含城市名字、城市编号、第一条航线/列车线以及航线/列车线的数

目；边结点中包含到达城市名称，指向下一航线/列车线的指针，以及指向该边所

指代航线/列车线信息的指针；航班线/列车线信息结点包含航班号/列车号，出发

时间，到达时间，花费时间，花费金额。

1.1.2存储结构设计

采用链式存储结构—邻接表来存储该交通网络图，建立一个城市结点表，相当于

顶点表，表示出现在全国交通网络图中的城市的信息，并用指针指向他们之间的

相关关系。每一个城市结点又会指出一个指针指向它所包含的相关航线/列车线

的信息，相当于邻接矩阵中的边结点，若干航线/列车结点通过指针的链接构成边

链表。

1.2算法设计

该交通网络咨询模拟系统包含的主要算法有搜索城市编号，手动增加城市，文件

方式增加城市，插入航线/列车线，增加线路，文件方式增加线路，重置图的大小

（顶点表/城市表的大小），删除城市，删除线路，更新文件中的信息，输出所有

城市，输出所有线路，最小花费路径算法，时间转换成权值的算法，最少耗时路

径算法，输出最短路径，核心算法为Dijkstra算法。

1.3菜单设计

菜单分为几个模块。用户模块用于提供给用户进行相关咨询使用，包含交通工具

选择，查询最小花费线路，最少耗时路线；维护模块用于提供给管理员进行相关

信息维护功能，包含航班，列车操作，更改密码操作（初始密码为zhonghuan ）。

而这些相关操作通过调用相关函数来实现。

2.设计表示

2.1函数调用关系图

2.1.1主程序流程以及各模块之间调用关系

2.1.2函数调用关系图

2.1.3函数接口规格说明

函数//函数说明（函数接口）

int searchCityNum(const string CityName); //搜索城市编号（城市名称）

void addCity(const string CityName);//手动添加城市（城市名称）

void addCityFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]);//文件添加城市（文件

名）

void insert(string StartName, LineNode* temp, string EndName);//插入线路（开始

地址，线路指针，到达地址）

void addLine();//添加线路

void addLineFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]); //文件添加线路（文件

名）

void reSize(int size); //重置大小（新的大小）

void delCityLine(int i); //删除城市线路（编号）

void delLine();//删除线路

void delCity(string CityName);//删除城市（城市名字）

void updateFile(const char FileName[MAXFILESIZE], const string type);//更新文件

void showCity(); //输出城市

void showLine(); //输出线路

void dijkstra_Money(int v0, int* parent, Node* dis); //Dijkstra算法求最小花费路径

（城市编号，遍历指针，优先队列的顶点结点）

int timeTransWeight(const Time& t); //时间转化为相应权值（时间）

void dijkstra_Time(int v0, int* parent, Node1* dis); //Dijkstra算法求最短耗时路径

（城市编号，遍历指针，优先队列的顶点结点）

void showShortestPath(const string type);//输出最短路径（类型：最小花费/最短

耗时）

3.详细设计

3.1类的数据成员与函数成员设计

//时间

struct Time {

int day;

int hour;

int minute;

friend Time operator - (Time& endtime, Time& st); //"-"重载，两个时间相减};

//边（线路信息）

struct Line {

string LineName;

Time StartTime, EndTime;

Time SpendTime;

float SpendMoney;

};

//边结点(存放到达城市地点，以及下一条线路的指针)

struct LineNode {

string EndName;

struct LineNode* NextLine;

Line* Info;

};

//顶点表（城市表）城市结点

struct HeadNode {

string CityName;

int CityNum;

LineNode* FirstLine;

int Amount;

};

//顶点节点，保存id和到源顶点的估算距离,优先队列需要的类型

struct Node; //最小花费

struct Node1; //最小路径

//图

class ALGraph {

private:

HeadNode* CityList; //城市表

int CityNum; //城市数目

int MaxCityNum; //最大城市数目

int ArcNum; //城市所含线路数目

public:

ALGraph(int size);

~ALGraph();

int searchCityNum(const string CityName); //搜索城市编号

void addCity(const string CityName);//手动添加城市

void addCityFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE])//文件添加城市;

void insert(string StartName, LineNode* temp, string EndName); //插入线路void addLine(); //插入线路

void addLineFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]);//文件插入线路void reSize(int size); //重置图的大小

void delCityLine(int i); //删除城市线路

void delLine(); //删除线路

void delCity(string CityName);//删除城市

void updateFile(const char FileName[MAXFILESIZE], const string type);//更新文件

void showCity();//输出文件

void showLine(); //输出线路

void dijkstra_Money(int v0, int* parent, Node* dis);//Dijkstra算法求最小花费路

径

int timeTransWeight(const Time& t); //时间权值转换

void dijkstra_Time(int v0, int* parent, Node1* dis); //Dijkstra算法求最少耗时路径

void showShortestPath(const string type); //输出最短路径

};

3.1.1主要算法的伪码描述

void dijkstra_Money(int v0, int* parent, Node* dis);//Dijkstra算法求最小花费路径{ priority_queue q; //优化插入和取出最小值两个操作，队列存储最短距离与索引的编号，parent[]记录每个顶点的父亲结点，dis[]记录源点到每个点的估算距离，最后更新为源点到所有顶点的最短距离

bool visited[MaxCityNum]; //判断下标对应的顶点是否算出最短路径或者说是否在最短路径树中

vector visited(MaxCityNum, false);//初始化

dis[v0].money = 0; //源点到源点最短路权值为0

q.push(dis[v0]); //压入队列

while (!q.empty()) {}//队列空说明完成了求解v0到其余各顶点的最短路径取最小估算距离顶点；

被标记了，就无需对其进行更新最短距离等操作；

//松弛操作

while (p) //找所有与它相邻的顶点，进行松弛操作，更新估算距离，压入队列

}

void dijkstra_Time(int v0, int* parent, Node1* dis)//Dijkstra算法求最少耗时路径{ priority_queue q1; parent[]记录每个顶点的父亲结点，di[]记录源点到每个估算距离，最后更新为源点到所有顶点的最短距离

bool visited[MaxCityNum]; //判断下标对应的顶点是否算出最短路径或者说是否在最短路径树中

vector visited(MaxCityNum, false); //初始化

dis[v0].evaluatetime = 0; //源点到源点最短路权值为0

q1.push(dis[v0]); //压入队列

while (!q1.empty()) {}//队列空说明完成了求解v0到其余各顶点的最短路径取最小估算距离顶点；

被标记了，就无需对其进行更新最短距离等操作；

找出所有相邻点，进行松弛操作，即更新dis

//计算中转的时间开销

if (u != v0) { //注意源点到任何点都没有中转时间

int change = timeTransWeight(st - dis[u].et); //当前路线的开车时间-始发站的上一到站时间

t += change;

//松弛操作

while (p) //找所有与它相邻的顶点，进行松弛操作，更新估算距离，压入队列}

3.2界面设计及其他模块设计

3.2.1交通模拟咨询系统主界面设计

cout << endl << "·全国交通咨询系统··" << endl;

cout << setw(28)<<"请输入您的操作类型：" << endl;

cout << setw(20) << "1.咨询" << endl;

cout << setw(20) << "2.维护" << endl;

cout << setw(20) << "3.退出" << endl;

cout << "·" << endl;

3.2.2维护界面设计

while (func) {

cout << "1.从文件中添加城市" << endl;

cout << "2.手动添加城市" << endl;

cout << "3.删除城市" << endl;

cout << "4.从文件中添加线路" << endl;

cout << "5.手动添加线路" << endl;

cout << "6.删除线路" << endl;

cout << "7.显示所有城市" << endl;

cout << "8.显示所有线路" << endl;

cout << "9.保存文件" << endl;

cout << "10.返回";

cout << endl;

cin >> func;

……

}

3.2.3咨询界面设计

选择出行的交通工具

选择限制条件（花费最少/耗时最短）

选择出发到达城市显示结果

四、调试分析

1.调试遇到的问题及问题的解决

1.1程序敲完并且能够成功编译之后，对于程序各个功能测试的时候发现了一些问题：

○1维护板块中的问题主要是文件输入线路时，导入结果总是一些乱码，然后对比分

析了文件输入城市时并未出现这样的问题，经过对代码的分析通过不断调试发现问

题所在，文件输入内容时是一行一行读入并且输入给相对应的存储变量上去，对于

城市的输入，每一行只有编号和城市名称两个内容，结构简单容易读取，而对于文

件输入线路时，有各种数字符号时间等的相互交错穿插着，在设置读取内容时，格

式设置得并不严格，且导入的文件内容是从网上寻找的航班资料/列车资料等格式

不统一，最终我把导入文件做了格式统一化处理，并且代码中文件输入部分也做了

相应的格式调整，最终文件输入线路也没有了问题，文件导入城市和线路均能很好

地完成。

○2用户咨询板块中的主要问题是通过交通模拟咨询之后提供的线路信息出现了莫名其妙的错误——花费时间是负值，按照常理这肯定是错的，经过不同调试发现不是输

入数据有误，而是程序的本身逻辑有误，在对时间结构体的‘-’操作符进行重载时，没有考虑清楚两个时间之间的多一天少一天的进位关系，从而导致最后的计算结果

出现错误，由于默认日期的问题会造成不同天的时刻相减可能为负数，所以当时刻

表相减为负数时需要让天数加一，最后通过代码修改，在相关代码后面加了一个判

断语句，如果两个时间相减为负值那么就在天数上加一，否则不做处理，最终问题

得到有效解决。

2.

五、用户手册

该全国交通咨询模拟系统主要通过键入式人机交互来进行维护与咨询，即通过键盘的输入来获取想要的信息以及达到想要进行的操作。

1.系统初始化：通过维护界面导入全国交通咨询模拟系统的相关信息从而使得能够提供

有效准确的解决方案。

维护界面登录（初始密码：zhonghuan）

1.航班操作——>1.从文件中添加城市

2.手动添加城市

3.删除城市

4.从文件中添加线路

5.手动添加线路

6.删除线路

7.显示所有城市

8.显示所有线路

9.保存文件

10.返回

2.列车操作同航班操作

3.更改密码

4.返回

2.用户咨询

通过主界面键入‘1’进入咨询界面

2.1通过键盘输入选择出行交通工具:

1.飞机

2.火车

3.返回

2.2通过键盘输入选择要查询的信息：

1.查询花费最小的路径

2.查询耗时最短的路径

3.返回

2.3根据界面提示完成相关输入（城市名称等）即可得到咨询结果

2.4感谢您使用全国交通咨询模拟系统

六、测试数据及测试结果

七、源程序清单：

1.Graph.h//Graph头文件

2.menu.h//菜单头文件

3.Graph.cpp//交通图的相关操作函数源文件

4.main.cpp//主程序源文件

#其他文件

Plane.txt/Train.txt//航班列车文本文件PCity.txt/TCity.txt//城市文本文件

#附录1——全国交通咨询模拟系统源代码

------------------------------------------------------------------------------- //Graph.h

#ifndef _GRAPH_H

#define _GRAPH_H

#include

#include

#include

#define MAXFILESIZE 100

using namespace std;

//时间

struct Time {

int day;

int hour;

int minute;

//"-"重载

friend Time operator - (Time& endtime, Time& st) {

Time t = { 0, 0, 0 };

t.minute = endtime.minute - st.minute;

if (t.minute < 0) {

t.minute += 60;

t.hour--;

}

t.hour = t.hour + endtime.hour - st.hour;

if (t.hour < 0) {

t.hour += 24;

t.day--;

}

//由于默认日期的问题会造成不同天的时刻相减可能为负数，所以当时刻表相减为负数时需要让天数加一

//比如甘肃到北京T100 8:00,+0 10:00,+1 北京到长春T101 7:00,+0 T102 8:30,+0 15:10,+0

//实际上需要到北京后要再等待一天才能到，中途等待时间应该是'7:00,+1' - '10:00,+1'

if (endtime.day < st.day) {

t.day++;

}

t.day = t.day + endtime.day - st.day;

return t;

}

};

//边

struct Line {

string LineName;

Time StartTime, EndTime;

Time SpendTime;

float SpendMoney;

};

//边结点

struct LineNode {

string EndName;

struct LineNode* NextLine;

Line* Info;

};

struct HeadNode {

string CityName;

int CityNum;

LineNode* FirstLine;

int Amount;

};

//顶点节点，保存id和到源顶点的估算距离,优先队列需要的类型struct Node; //最小花费

struct Node1; //最小路径

class ALGraph {

private:

HeadNode* CityList;

int CityNum;

int MaxCityNum;

int ArcNum;

public:

ALGraph(int size);

~ALGraph();

int searchCityNum(const string CityName);

void addCity(const string CityName);

void addCityFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]);

void insert(string StartName, LineNode* temp, string EndName);

void addLine();

void addLineFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]);

void reSize(int size);

void delCityLine(int i);

void delLine();

void delCity(string CityName);

void updateFile(const char FileName[MAXFILESIZE], const string type);

void showCity();

void showLine();

void dijkstra_Money(int v0, int* parent, Node* dis);

int timeTransWeight(const Time& t);

void dijkstra_Time(int v0, int* parent, Node1* dis);

//void bfs_Transit (); //最小中转次数以及路径

void showShortestPath(const string type);

};

#endif

------------------------------------------------------------------------------- //Graph.cpp

#include"Graph.h"

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

#define INF 0xffffff

//'>>' 重载

istream& operator >> (istream& in, Time& time) {

char c1, c2, c3;

int hour, minute, day;

in >> hour >> c1 >> minute >> c2 >> c3 >> day;

time.day = day;

time.minute = minute;

time.hour = hour;

return in;

}

//'<<'重载

ostream& operator << (ostream& out, Time& time) {

//数据之间空白用'0'填充

cout.fill('0');

//数据的右对齐与天数的'+'号

out << setw(2) << setiosflags(ios_base::right) << time.hour << ":" << setw(2) << time.minute << resetiosflags(ios_base::right) << "," << setiosflags(ios_base::showpos) << time.day << resetiosflags(ios_base::showpos); //setiosflags(ios_base::showpos) 表示"+" 正号

cout.fill(' '); //fill setiosflags 需手动关闭

return out;

}

ALGraph::ALGraph(int size) {

CityList = new HeadNode[size];

int i;

for (i = 0; i < size; ++i) {

CityList[i].CityName = "NULL";

CityList[i].CityNum = i;

CityList[i].FirstLine = NULL;

CityList[i].Amount = 0;

}

CityNum = 0;

MaxCityNum = size;

ArcNum = 0;

}

ALGraph::~ALGraph() {

delete[]CityList;

}

//查询城市编号

int ALGraph::searchCityNum(const string CityName) {

int i;

for (i = 0; i < CityNum; ++i) {

if (CityList[i].CityName == CityName) {

return i;

}

}

return -1;

}

void ALGraph::reSize(int size) {

if (size <= CityNum) {

return;

}

HeadNode* NewList = new HeadNode[size];

int i;

for (i = 0; i < CityNum; ++i) {

NewList[i] = CityList[i]; //C++可以直接赋值

}

for (i = CityNum; i < size; ++i) {

CityList[i].CityName = "NULL";

CityList[i].CityNum= i;

CityList[i].FirstLine = NULL;

CityList[i].Amount = 0;

}

delete[]CityList;

CityList = NewList;

MaxCityNum = size;

}

//手动添加城市

void ALGraph::addCity(const string CityName) {

//已存在城市

if (searchCityNum(CityName) != -1) {

cout << "The city has in the list!!!" << endl;

return;

}

//空间已满

if (CityNum >= MaxCityNum) {

++MaxCityNum;

reSize(MaxCityNum);

}

CityList[CityNum].CityName = CityName;

CityList[CityNum].CityNum = CityNum;

CityList[CityNum].FirstLine = NULL;

CityList[CityNum].Amount = 0;

++CityNum;

}

//从文件中读取以添加城市

void ALGraph::addCityFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]) { //cout << "开始从" << FileName << "中读入并添加城市！" << endl;

ifstream file(FileName); //打开失败返回NULL

if (!file) {

cout << "打开失败!" << endl;

return;

}

string line; //读取第一行数据，第一行是城市总个数

getline(file, line);

istringstream istr(line); //利用stringstream简化string 到int 的类型转换

int count;

istr >> count;

//空间已满

if (CityNum + count >= MaxCityNum) {

MaxCityNum = CityNum + count;

reSize(MaxCityNum);

}

//从第二行开始读取城市名字

while (getline(file, line)) {

istringstream istr2(line); //利用istringstream类直接将string输入到name

string name;

istr2 >> name;

addCity(name);

}

cout << "城市导入完毕！" << endl;

file.close(); //读取后关闭文件

}

//添加线路

void ALGraph::addLine() {

string StartName, EndName;

//信息输入

cout << "请输入起点城市：" << endl;

cin >> StartName;

cout << "请输入终点城市：" << endl;

cin >> EndName;

LineNode* temp = new LineNode;

Line* info = new Line;

temp->EndName = EndName;

cout << "请输入班次名：";

cin >> info->LineName;

cout << "请输入出发时间:(hh:mm,+d)";

cin >> info->StartTime;

cout << "请输入到达时间：(hh:mm,+d)";

cin >> info->EndTime;

info->SpendTime = info->EndTime - info->StartTime;

cout << "请输入票价：";

cin >> info->SpendMoney;

temp->Info = info;

insert(StartName, temp, EndName);

}//addLine

//插入线路

void ALGraph::insert(string StartName, LineNode* temp, string EndName) { int StartNum = searchCityNum(StartName);

if (StartNum == -1) {

addCity(StartName);

StartNum = searchCityNum(StartName);

}

if (searchCityNum(EndName) == -1) {

addCity(EndName);

}

LineNode* p, * q;

p = CityList[StartNum].FirstLine;

//原本没有线路的情况

if (p == NULL) {

CityList[StartNum].FirstLine = temp;

temp->NextLine = NULL;

}

//原本有线路的情况

else {

q = p->NextLine;

while (q != NULL && EndName != q->EndName) {

p = q;

q = q->NextLine;

}

p->NextLine = temp;

temp->NextLine = q;

}

CityList[StartNum].Amount++;

ArcNum++;

}

string UTF8ToGB(const char* str)

{

string result;

WCHAR* strSrc;

LPSTR szRes;

//获得临时变量的大小

int i = MultiByteToWideChar(CP_UTF8, 0, str, -1, NULL, 0);

strSrc = new WCHAR[i + 1];

MultiByteToWideChar(CP_UTF8, 0, str, -1, strSrc, i);

//获得临时变量的大小

i = WideCharToMultiByte(CP_ACP, 0, strSrc, -1, NULL, 0, NULL, NULL);

szRes = new CHAR[i + 1];

WideCharToMultiByte(CP_ACP, 0, strSrc, -1, szRes, i, NULL, NULL);

result = szRes;

delete[]strSrc;

delete[]szRes;

return result;

}

//从文件中读取以添加线路

void ALGraph::addLineFromFile(const char FileName[MAXFILESIZE]) {

//cout << "从" << FileName << "中读取并导入线路！" << endl;

ifstream file(FileName);

if (!file) {

cout << "不能打开文件！" << endl;

return;

}

string catalogue; //存储第一行的目录

getline(file, catalogue);

//从第二行开始读取真正需要存储的信息

string line;

while (getline(file, line)) {

istringstream istr(UTF8ToGB(line.c_str()).c_str());;

LineNode* temp = new LineNode;

Line* info = new Line;

temp->Info = info;

string StartName, EndName;

istr >> StartName >> EndName >> info->LineName >> info->StartTime >> info->EndTime >>info->SpendMoney;

info->SpendTime = info->EndTime - info->StartTime;

temp->EndName = EndName;

insert(StartName, temp, EndName);

}

file.close();

}

//删除i城市为起点的所有路线

void ALGraph::delCityLine(int i) {

LineNode* p, * q;

p = CityList[i].FirstLine;

if (p == NULL) {

return;

}

while (p->NextLine) {

q = p;

p = q->NextLine;

delete q->Info;

delete q;

}

if (p->NextLine == NULL) {

delete p->Info;

delete p;

}

}

//删除城市，并删除以城市为起点的航班和列车

void ALGraph::delCity(string CityName) {

int i, j;

i = searchCityNum(CityName);

if (i == -1) {

cout << "没有找到该城市!" << endl;

}

else {

delCityLine(i);

for (j = i; j < CityNum - 1; ++j) {

CityList[j] = CityList[j + 1];

}

--CityNum;

//cout << "删除" << CityName << " 成功！" << endl;

}

}

void ALGraph::delLine() {

string StartName, EndName;

int StartNum;

cout << "请输入起点城市: ";

cin >> StartName;

StartNum = searchCityNum(StartName);

if (StartNum == -1) {

cout << "未找到该城市!" << endl;

return;

}

cout << "请输入终点城市: ";

cin >> EndName;

//显示起点城市的所有线路，并判断是否能到达该终点城市

bool flag = false;

LineNode* p, * q;

cout << "起点城市与终点城市的路线有: " << endl;

cout << "【出发城市】【到达城市】【班次名】【出发时间】【到达时间】【用时】【票价】" << endl;

for (p = CityList[StartNum].FirstLine; p != NULL; p = p->NextLine) {

if (p->EndName == EndName) {

cout << setw(8) << StartName << " " << setw(8) << EndName << " " << setw(6) << p->Info->LineName << " " << p->Info->StartTime << " " << p->Info->EndTime << " " << p->Info->SpendTime << " " << setiosflags(ios_base::showpoint) << p->Info->SpendMoney << resetiosflags(ios_base::showpoint);

flag = true;

}

}

cout << endl;

if (flag == false) {

cout << "该出发城市没有通往到达城市的班次！" << endl;

return;

}

//该出发城市能到达到达城市，开始删除线路

string LineName;

cout << "请输入你想要删除的班次：" << endl;

cin >> LineName;

p = CityList[StartNum].FirstLine;

q = p->NextLine;

//一条路

if (q == NULL) {

if (p->Info->LineName != LineName) {

cout << "没有该班次！" << endl;

return;

}

else {

CityList[StartNum].FirstLine = q;

CityList[StartNum].Amount--;