校园导游程序及通信线路设计(结尾附着总源码)

校园导游程序及通信线路设计

摘  要

    新生或来访客人刚到校园,对校园的环境不熟悉。就需要一个导游介绍景点,推荐到下一个景点的最佳路径等。随着科技的发展,社会的进步,人们对便捷的追求也越来越高。为了减少人力和时间。针对对校外人员来访对环境的不熟悉,本次课设运用C++语言和Visual Studio工具开发了一种便捷系统。该系统能够让外来人员迅速了解学校的布局,并且减少的迷路等问题的发生,并且可以走最短的路逛遍整个校园。

关键字:导游系统;C++; 最短路径; 通信线路铺设

目  录

  1 功能需求…………………………………………………1

  1.1 功能任务……………………………………………………1

  1.2 使用的开发工具……………………………………………1

  1.3 设计的界面…………………………………………………1

  1.4 预期指标说明………………………………………………1

  2 概要设计…………………………………………………2

  2.1 数据结构……………………………………………………2

  2.2 操作…………………………………………………………2

  3 详细设计…………………………………………………4

3.1 数据结构类型定义…………………………………………4

  3.2 操作的算法…………………………………………………5

4 程序实现…………………………………………………7

5 程序测试…………………………………………………15

5.1 正常情况……………………………………………………15

5.2 异常情况……………………………………………………19

6 个人心得建议……………………………………………20

1  功能需求

1.1 功能任务:

     设计校园平面图,所含景点不少于10个。以图中顶点表示校内各景点,存放景点名称、代号、简介等信息;以边表示路径,存放路径长度等相关信息。

(1) 显示校园平面图              (2) 景点信息查询

(3) 任意2个景点的路径查询     (4) 通信线路设计

1.2 开发工具:Visual Studio

1.3 设计界面:

1.4 预取指标说明:

(1) 显示校园平面图

(2) 景点信息查询:为来访客人提供图中任意景点相关信息的查询。

(3) 任意2个景点的路径查询:为来访客人提供图中任意2个景点的问路查询,即查询任意两个景点之间的一条最短的简单路径及距离。

(4) 通信线路设计:以尽可能低的造价建造景点间的通信网络把这些景点联系在一起,每条通信线路的造价与景点间的距离成正比。给出铺设方案

2  概要设计

2.1 数据结构

选取图的顺序存储结构和链式存储结合的存储方式结构,采用邻接表存储方式。

2.2 操作

        

int Locate(ALGraph* G, char c)                    //获取顶点的下标

void Creat_ALGraph(ALGraph* G)                   //创建邻接表

void information(ALGraph* G)                     //获取各个顶点的信息

int getEweight(ALGraph* G, int i, int j)         //得到i-j边的权重

void shortestPath(ALGraph* G, int p[], float D[])//起点到终点最短路径

void prim(ALGraph* G, int tree[], int cost[])    //最小生成树

void view_show()                                 //显示地图

main()                                           //程序启动入口

main()Creaat_ALGraph *G,char)创建地图,调用view_show()  来显示地图,调用information(ALGraph* G)获取各个顶点的信息 调用shortestPath(ALGraph* G, int p[], float D[]) 获取起点到终点的最短距离。调用prim (ALGraph* G, int tree[], int cost[])获取铺设线路的最小花费,即最小生成树。

Information(ALGraph* G)调用 Locate(ALGraph* G, char c)来获取顶点下标

void shortestPath(ALGraph* G, int p[], float D[])调用Locate(ALGraph* G, char c)来获取顶点下标,再用getEweight(ALGraph* G, int i, int j)获得两点间边的权重。

Void  prim (ALGraph* G, int tree[], int cost[])调用Locate(ALGraph* G, char c)来获取顶点下标,再用getEweight(ALGraph* G, int i, int j)获得两点间边的权重。

3  详细设计

3.1 数据结构类型定义

#define MAX 100    //开辟空间

#define MAXVALUE 10086   //假设为无穷大

int visit[MAX] = {0};  //是否访问

边结点的类型定义:

typedef struct edge

{

    char adjvex;   //邻接点域

    int weight;    //顶点到邻接点的边权重

    struct edge* next; //指向下一个邻接点的指针域

}EdgeNode;     //边结点

顶点结点的类型定义

typedef struct

{

    char ch;      //顶点结点的代表字符

    string vertex;  //顶点

    string info;    //顶点信息

    EdgeNode* firstedge; //第一条边的指针

}VertexNode;      //顶点结点

邻接表数据类型定义

typedef struct

{

    VertexNode adjList[MAX];    //邻接表

    int v_num;                  //顶点数

    int e_num;                  //边数

}ALGraph;

3.2 操作的算法描述

int Locate(ALGraph* G, char c)

算法:获取到顶点字符,然后匹配所有的顶点,若找到返回下标,找不到返回-1。

void Creat_ALGraph(ALGraph* G)

算法:

第一步:初始化顶点。先先确定顶点数和边数,将各顶点名称录入,在依次录入顶点代表字符(方便游客使用),再录入顶点的信息。然后是把第一条边的指着置空。

第二步:初始化边。用两个字符数组来分别存储边的起点和终点 用整型数组来存储边的权值,再依次申请结点依次插入。

void information(ALGraph* G)

算法:输入景点字符后,开始匹配所以景点,如果找到则输出信息,没找到输出未找到该景点。

int getEweight(ALGraph* G, int i, int j)

算法:由形参获取边的起点和终点。然后获取起点结点的邻接点,分别与终点的代表符匹配,如果有这条边,则输出这个的边的权重。若没有则返回无穷大。

void shortestPath(ALGraph* G, int p[], float D[])

算法:1、向量D表示从源点Vm出发,到达图上各点Vi的可能最短路径长度,初值为:D[i]=getEweight(G,m,i );(m为源点下标) Vi ∈Vn.

       2、选择Vj使得D[j]=min{D[i]|Vi∈Vn-S}

则Vj就是当前求得的从源点Vm出发的一条最短路径的终点,将Vj加入到S中:S=S∪{Vj}

3、修改从源点Vm出发到集合Vn-S上任意顶点Vk可能的最短路径长度。如果:(D[j] + getEweight(G, j, k) < D[k]),则修改D[k]为:D[k]=D[j]+ getEweight(G, j, k)。

重复操作2和3共n-1次。由此求得从源点Vm到图上其余个点的最短路径,即起点到终点Vn的路径。

void prim(ALGraph* G, int tree[], int cost[])

算法:输入源点,假设源点为u0即初始状态时U={u0};相应的表示:flag[0]=1;

它表示顶点u0加入到集合U中,然后从一端顶点属于U,另一端不属于U的所有边中选取权值最小的边,加入到tree中然后flag[k]=1,由于uk进入U,依次检查所有的(uk,uj)边的权值,是否小于原来的保存的最小边的权值,若是,则更新cost[j]为新的更小的边的权值,同时更新tree[j]=k,重复操作n-1次,最后tree中即为所建立起来的最小生成树。也就是铺设线路的最少花费。

4  程序实现

     

//获取顶点下标int Locate(ALGraph* G, char c){   int count = 0;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){      if (c == G->adjList[i].ch){      return count;         //若找到则返回}count++;}return -1;}//获取景点信息void information(ALGraph* G){int flag = 0;char infor;cout << "请输入景点序号:";cin >> infor;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){if (infor == G->adjList[i].ch) {cout << "该景点是" << G->adjList[i].vertex << endl;cout << "简介:";cout << G->adjList[i].info;flag = 1;}}if (flag == 0){cout << "没有该景点";}}//得到路径上两点间的权重int getEweight(ALGraph* G, int i, int j){EdgeNode* p;p = G->adjList[i].firstedge;while (p){if (G->adjList[j].ch == p->adjvex){return p->weight;}p = p->next;}return MAXVALUE;}//两点间最短路径void shortestPath(ALGraph* G, int p[], float D[]){int min;int j=0;char c;int pre;char c_d;cout << "输入起点:";cin >> c;while (c < 'A' || c>'K'){cout << "起点输入错误,请重新输入:" << endl;cin >> c;}cout << "输入终点:";cin >> c_d;while (c_d< 'A' || c_d>'K'){cout << "终点输入错误,请重新输入" << endl;cin >> c_d;}int u = Locate(G, c);for (int i = 0; i < G->v_num; i++){D[i] = getEweight(G, u, i);p[i] = u;}D[u] = 0; visit[u] = 1; p[u] = -1;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){min = MAXVALUE + 1;for (int k = 0; k < G->v_num; k++){if (visit[k] == 0 && D[k] < min){min = D[k];j = k;}}visit[j] = 1;for (int k = 0; k < G->v_num; k++){if (visit[k] == 0 && (D[j] + getEweight(G, j, k) < D[k])){D[k] = D[j] + getEweight(G, j, k);p[k] = j;}}}string temp[13];int r = -1;int f = Locate(G, c_d);cout << D[f] << " :";pre = p[f];while (pre >= 0){r++;temp[r] = G->adjList[pre].vertex;pre = p[pre];}while (r>=0){cout << temp[r];cout << "-->";r--;}cout << G->adjList[f].vertex;for (int i = 0; i < G->v_num; i++)  //恢复{visit[i] = 0;}}//通信线路铺设(最小生成树)void prim(ALGraph* G, int tree[], int cost[]){int weight = 0;visit[100] = { 0 };int last=0;int i, j, k=-8, mincost;char cc;cout << "线路铺设起点:";cin >> cc;while (cc > 'K' || cc < 'A'){cout << "起点输入错误,请重新输入:"<<endl;cin >> cc;}int u = Locate(G, cc);for (i = 0; i < G->v_num; i++){if (u == i){continue;}cost[i] = getEweight(G, u, i);//等于自己没有权重tree[i] = u;}visit[u] = 1; tree[u] = -1; cost[u] = 0;for (i = 1; i < G->v_num; i++){mincost = MAXVALUE;for (j = 0; j < G->v_num; j++){if (visit[j] == 0 && cost[j] <= mincost){mincost = cost[j];k = j;}}visit[k] = 1;for (j = 0; j < G->v_num; j++){if (visit[j] == 0 && getEweight(G, k, j) < cost[j]){cost[j] = getEweight(G, k, j);tree[j] = k;last = j;}}}for (int i = 0; i < G->v_num; i++){weight += cost[i];visit[i] = 0;}cout << "最小权重是:" << weight<<endl;cout << "通信铺设路线方案:"<<endl;int p;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){if (i == u)continue;p = tree[i];cout << G->adjList[p].vertex<<"-"<<cost[i]<<"-"<<G->adjList[i].vertex<<endl;}}

5  程序测试

5.1 正常情况:

5.2 异常情况

 

6 总结个人心得体会及建议

        通过这个课设我充分理解了图论的许多内容,邻接表方式存储,对入度出度的理解,最小生成树的prim算法,这个算法是刚开始输出的时候总是报错,后来我仔细阅读了相关资料发现tree[]存的是边,这个边不一定是连续的,但是他包括了所有顶点。最短路径的Dijkstra算法我也是有了更深理解,这里面的P[]存的是连续的边。

        只有实践才能将理论变成现实。在设计过程中既训练了理论的理解和增强了动手能力。也在这个过程中发现问题、思考问题、解决问题。我对自己的建议是代码还是以实践为主,学习不能只停留在最初阶段,实践才是检验真理的唯一标准。

总源码:
 

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
#define MAX 102    //开辟空间
#define MAXVALUE 10086 //无穷大
int visit[MAX] = { 0 };//未访问typedef struct edge
{char adjvex;int weight;struct edge* next;
}EdgeNode;
typedef struct
{char ch;string vertex;string info;EdgeNode* firstedge;
}VertexNode;
typedef struct
{VertexNode adjList[MAX];int v_num;int e_num;
}ALGraph;
//定位下标
int Locate(ALGraph* G, char c)
{int count = 0;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){if (c == G->adjList[i].ch){return count;}count++;}return -1;
}
//建表
void Creat_ALGraph(ALGraph* G)
{int m, n;EdgeNode* p, * q;G->v_num = 11;G->e_num = 12;G->adjList[0].vertex = "A南门";G->adjList[1].vertex = "B南图书管";G->adjList[2].vertex = "C教师活动中心";G->adjList[3].vertex = "D大学生文化活动中心";G->adjList[4].vertex = "E南运动场";G->adjList[5].vertex = "F行政楼";G->adjList[6].vertex = "G崇德楼";G->adjList[7].vertex = "H北校门";G->adjList[8].vertex = "I至诚楼";G->adjList[9].vertex = "J北运动场";G->adjList[10].vertex = "K雕塑";for (int i = 0; i < G->v_num; i++){G->adjList[i].ch = char(int('A') + i);}G->adjList[0].info = "学校南入口";G->adjList[1].info = "学校南侧的图书馆";G->adjList[2].info = "又称H楼,具有桌球、乒乓球、会议室、舞厅等";G->adjList[3].info = "团委、学生会、社联所在处";G->adjList[4].info = "具有足球场、篮球场、羽毛球场等";G->adjList[5].info = "计算机学院楼及其他行政办公";G->adjList[6].info = "经管学院楼";G->adjList[7].info = "学校的北入口";G->adjList[8].info = "办理学生事务处";G->adjList[9].info = "具有足球场、篮球场、健身房等";G->adjList[10].info = "校园雕塑";for (int i = 0; i < G->v_num; i++){G->adjList[i].firstedge = NULL;}for (int i = 0; i < G->e_num; i++){char ch_1[12] = { 'A','A','A','A','B','B','G','G','F','K','I','H' };char ch_2[12] = { 'B','K','H','F','C','F','E','F','K','D','H','J' };int weight_s[12] = { 320,350,100,400,230,340,720,700,330,200,400,600 };p = new EdgeNode();p->adjvex = ch_2[i];p->weight = weight_s[i];m = Locate(G, ch_1[i]);//狐尾n = Locate(G, ch_2[i]);//虎头p->next = G->adjList[m].firstedge;G->adjList[m].firstedge = p;q = new EdgeNode();q->adjvex = ch_1[i];q->weight = weight_s[i];m = Locate(G, ch_1[i]);//虎头n = Locate(G, ch_2[i]);//狐尾q->next = G->adjList[n].firstedge;G->adjList[n].firstedge = q;}}
//查询各景点信息
void information(ALGraph* G)
{int flag = 0;char infor;cout << "请输入景点序号:";cin >> infor;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){if (infor == G->adjList[i].ch) {cout << "该景点是" << G->adjList[i].vertex << endl;cout << "简介:";cout << G->adjList[i].info;flag = 1;}}if (flag == 0){cout << "没有该景点";}}//得到路径上两点间的权重
int getEweight(ALGraph* G, int i, int j)
{EdgeNode* p;p = G->adjList[i].firstedge;while (p){if (G->adjList[j].ch == p->adjvex){return p->weight;}p = p->next;}return MAXVALUE;}
//最短路径
void shortestPath(ALGraph* G, int p[], float D[])
{int min;int j = 0;char c;int pre;char c_d;cout << "输入起点:";cin >> c;while (c < 'A' || c>'K'){cout << "起点输入错误,请重新输入:" << endl;cin >> c;}cout << "输入终点:";cin >> c_d;while (c_d < 'A' || c_d>'K'){cout << "终点输入错误,请重新输入" << endl;cin >> c_d;}int u = Locate(G, c);for (int i = 0; i < G->v_num; i++){D[i] = getEweight(G, u, i);p[i] = u;}D[u] = 0; visit[u] = 1; p[u] = -1;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){min = MAXVALUE + 1;for (int k = 0; k < G->v_num; k++){if (visit[k] == 0 && D[k] < min){min = D[k];j = k;}}visit[j] = 1;for (int k = 0; k < G->v_num; k++){if (visit[k] == 0 && (D[j] + getEweight(G, j, k) < D[k])){D[k] = D[j] + getEweight(G, j, k);p[k] = j;}}}string temp[13];int r = -1;int f = Locate(G, c_d);cout << D[f] << " :";pre = p[f];while (pre >= 0){r++;temp[r] = G->adjList[pre].vertex;pre = p[pre];}while (r >= 0){cout << temp[r];cout << "-->";r--;}cout << G->adjList[f].vertex;for (int i = 0; i < G->v_num; i++)  //恢复{visit[i] = 0;}}//通信线路铺设
void prim(ALGraph* G, int tree[], int cost[])
{int weight = 0;visit[100] = { 0 };int last = 0;int i, j, k = -8, mincost;char cc;cout << "线路铺设起点:";cin >> cc;while (cc > 'K' || cc < 'A'){cout << "起点输入错误,请重新输入:" << endl;cin >> cc;}int u = Locate(G, cc);for (i = 0; i < G->v_num; i++){if (u == i){continue;}cost[i] = getEweight(G, u, i);//等于自己没有权重tree[i] = u;}visit[u] = 1; tree[u] = -1; cost[u] = 0;for (i = 1; i < G->v_num; i++){mincost = MAXVALUE;for (j = 0; j < G->v_num; j++){if (visit[j] == 0 && cost[j] <= mincost){mincost = cost[j];k = j;}}visit[k] = 1;for (j = 0; j < G->v_num; j++){if (visit[j] == 0 && getEweight(G, k, j) < cost[j]){cost[j] = getEweight(G, k, j);tree[j] = k;last = j;}}}for (int i = 0; i < G->v_num; i++){weight += cost[i];visit[i] = 0;}cout << "最小权重是:" << weight << endl;cout << "通信铺设路线方案:" << endl;int p;for (int i = 0; i < G->v_num; i++){if (i == u)continue;p = tree[i];cout << G->adjList[p].vertex << "-" << cost[i] << "-" << G->adjList[i].vertex << endl;}}int getEweight(ALGraph* G, int i, int j);
void view_show();
int main()
{int flag = 1;int m, n;int tree[100];//存储最小生成树int cost[100];//存放边值int P[MAX];   //相应最短路径点的前驱点float D[MAX];  //存放起点到对应终点的的最短路径长度ALGraph* G = new ALGraph();cout << "河北大学地图如图所示:" << endl << endl;Creat_ALGraph(G);while (flag){cout << endl << endl;view_show();cout << "1. 景点信息查询" << endl;cout << "2. 景点路径查询" << endl;cout << "3. 通信线路铺设方案" << endl;cout << "0. 退出系统" << endl;cout << "选择功能键:";cin >> n;switch (n){case 1: {information(G);break;}case 2: {shortestPath(G, P, D);break;}case 3: {prim(G, tree, cost);break;}case 0: {flag = 0;break;}default:cout << "功能键错误";break;}}system("pause");return 0;
}void view_show()
{cout << endl;cout << "\                                                                *J北运动场                 " << endl;cout << "\          北                                                   //                         " << endl;cout << "\       西-|-东                 I至诚楼                        //                          " << endl;cout << "\          南                       * -------|                //                           " << endl;cout << "                                             \\              //                            " << endl;cout << "                                              \\            //                             " << endl;cout << "                                               \\          // 600                          " << endl;cout << "                                          400   \\        //                               " << endl;cout << "                                                 \\      //                                " << endl;cout << "                                                  \\    //                                 " << endl;cout << " \                                                 *H北校门                                " << endl;cout << " \                                                  /                                      " << endl;cout << " \                                                 / 100                                   " << endl;cout << " \                                          A南校门*                                       " << endl;cout << " \                                               / | \\                                    " << endl;cout << " \                                          320 /  |   \\ 350                              " << endl;cout << " \                             230             /   |     \\                                " << endl;cout << " \               C教师活动中心---------B南图书馆   |       \\     200  大学生文化          " << endl;cout << "                                           \\      |400       *-------- *活动中心          " << endl;cout << "                                            \\     |         / 雕塑        D               " << endl;cout << "                                       340   \\    |       /     K                         " << endl;cout << "                                              \\   |     /330                              " << endl;cout << "                                               \\  |   /                                   " << endl;cout << "               G              700               \\ | /                                     " << endl;cout << "\              崇  |----------------------------  *                                        " << endl;cout << "\              德  *                           F行政楼                                     " << endl;cout << "\              楼  |                                                                       " << endl;cout << "\                  |                                                                       " << endl;cout << "\                  |                                                                       " << endl;cout << "\                  |                                                                       " << endl;cout << "\                  |         720                                                              " << endl;cout << "\                  ----------------|                                                       " << endl;cout << "\                                  |                                                       " << endl;cout << "\                                  |---------------*                                       " << endl;cout << "\                                               E南体育场                                  " << endl;cout << "\                                                                                          " << endl;}

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