地铁线路最短路径

java 实现地铁线路最短路径

  提供一副地铁线路图，计算指定两站之间最短（最少经过站数）乘车路线；输出指定地铁线路的所有站点。以北京地铁为例，地铁线路信息保存在data.txt中，格式如下：

  地铁线路总数
  线路名1 站名1 站名2 站名3 ...
  线路名2 站名1 站名2 站名3 ...
  线路名3 站名1 站名2 站名3 ......

1.主要功能

  两个功能：1.计算指定两站之间最短（最少经过站数）乘车路线；2.输出指定地铁线路的所有站点。

2.实现语言

  `java`

3.最短路径实现算法

  `Floyd` 算法（Floyd-Warshall algorithm）又称为弗洛伊德算法、插点法，
  是解决给定的加权图中顶点间的最短路径的一种算法，可以正确处理有向图或负权的最短路径问题，同时也被用于计算有向图的传递闭包。

4.相关类功能描述

类名称	功能
Station	站点
Line	地铁线路
Subway	读取文件、输出文件、计算最短路径
Main	主函数 识别命令参数运行程序

Stataion.java

private String stationName;     //站点名称
private Set<Line>lineName;      //所属地铁线
private Set<Station>linkStations; //相连的地铁站

Line.java

private List<Station>stations;   //所经过站点

Main.java

  //主函数
public static void main(String[] args) throws Exception {
    //-map 地图读入
    if(args[0].equals("-map")){
        readfile(args[1]);
        System.out.println("地图读取成功！");
    }
    // -a 地铁线站点输出
    else if (args[0].equals("-a")){
        readfile(args[3]);
        Subway.check(args[1]);
        //读取
        Subway.outstation(args[1],args[5]);
        System.out.println("车站信息输出成功！");
    }
    // -b 最短路径查询
    else if(args[0].equals("-b")){
        readfile(args[4]);
        Subway.makeTb();
        //读取输出文件，起点和终点
        Subway.outroutine(args[6],args[1],args[2]);
        System.out.println("路线信息输出成功！");
    }
    else{
        System.out.println("请输入指定命令进行相应操作！");
    }
}

Subway.java 会在核心代码部分详细说明

5.核心代码

1.读取文件

文件是每一行一条线路信息，所以用 readLine() 。

  public static Set<List<String>> readMetroline(String filename) throws Exception {
    FileInputStream inputStream = new FileInputStream(filename);
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
    Set<List<String>>set=new HashSet<List<String>>();
    String str = null;
    while ((str = bufferedReader.readLine()) != null) {

        String[] lineInformations = str.split(" ");
        List<String>stations=new ArrayList<String>();
        for (String s : lineInformations) {
            stations.add(s);

        }
        set.add(stations);
    }
   
    inputStream.close();
    bufferedReader.close();
    return set;
}

2.查询某一条线路，在读取文件阶段就已经将信息都存储好了，直接查询就可以。

  public static List<String> check(String linename){
    Line line=lines.get(linename);
    List<Station>stations=line.getStations();
    List<String>strings=new ArrayList<String>();
    for(Station station:stations){
        strings.add(station.getStationName());
    }
    return strings;
}

计算最短路，使用弗洛伊德算法（核心部分）

  public static void findFloydRoad(int[][] table) {
    int size = len;
    path = new int[size][size];
    dist = new int[size][size];
    //initialize dist and path
    System.out.println(size);
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        for (int j = 0; j < size; j++) {
            path[i][j] = -1;
            dist[i][j] = table[i][j];
        }
    }
    for (int k = 0; k < size; k++) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                if (dist[i][k] != INF &&
                        dist[k][j] != INF &&
                        dist[i][k] + dist[k][j] < dist[i][j]) {
                    dist[i][j] = dist[i][k] + dist[k][j];
                    path[i][j] = k;
                }
            }
        }
    }

}

输出文件

  public static void outstation(String linename,String fileName) throws Exception {
    if(fileName.equals("")||fileName.equals(" ")){
        System.out.println("输出文件名不能为空！");
    }
    else if(linename.equals("")||linename.equals(" ")){
        System.out.println("查询线路名不能为空");
    }
    else {
        BufferedWriter out = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName)));
        out.write(linename+"所经过的站点有");
        out.newLine(); //换行
        for (Station s : lines.get(linename).getStations()) {
            out.write(s.getStationName());
            out.newLine();
        }
        out.flush();
        out.close();
    }


}

public static void outroutine(String fileName,String a,String b) throws Exception {
    if(fileName.equals("")||fileName.equals(" ")){
        System.out.println("输出文件名不能为空！");
    }
    else {
        int x =Station_num.get(a);
        int y =Station_num.get(b);
        findCheapestPath(x, y, table);
        BufferedWriter out = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(fileName)));
        out.write(" 从 " + subway_information.get(x).getStationName() + " 到 " + subway_information.get(y).getStationName() + " 一共历经" + dist[x][y] + "站" + " 的最佳路径是 ");
        out.newLine();  //换行
        for (int r : result) {
            if (!subway_information.get(r).getStationName().equals(subway_information.get(x).getStationName())) {
                out.write("  |");
                out.newLine();
            }
            out.write(subway_information.get(r).getStationName());
            out.newLine();
        }
        out.flush();
        out.close();
    }
}

6.测试用例

1.通过 -map 参数获得地铁的

2.查找五号线站点 -a 5号线 -map C://subway.txt -o -line.txt

3.查找最短路径 -b 出发站点 目的站点 -map C://subway.txt -o line.txt

7.总结

完成这一个小项目可以发现自己原本很多不足的地方，花费时间最多的是在文件的输入和输出上，经过这次的练习我对这方面有了更好的掌握。复习了计算最短路径一些算法，选择了使用弗洛伊德算法。在这个项目中也还要很多没有考虑到的，比如输出最短路线时没有考虑到换乘的说明。自己的代码能力还是不足，需要不断地练习。完整代码都放到 GitHub 上了，网址:https://github.com/wxzhyyy/Subway