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;}