数据结构课程设计之校园导航系统.docx
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数据结构课程设计之校园导航系统
##大学
数据结构课程设计报告
题目：
校园导航系统
院（系）：
计算机工程学院
学生姓名:
班级：
学号:
起迄日期:
2011.6.19--6.30
指导教师:
指导教师评语：
成绩：
签名：
年月日
20XX—20XX年度第2学期
一、需求分析
1.问题描述：
从理工大学的平面图中选取10个有代表性的景点，抽象成一个无向带权图。
以图中顶点表示景点，边上的权值表示两地之间的距离，求取任意两点间最短路径。
2.基本功能
本程序主要实现的功能是为用户提供路径咨询。
根据用户指定的始点和终点输出相应路径（用到output（）函数），或者根据用户指定的景点输出景点的信息（用到search（）函数）。
3.输入输出
本程序主要输入输出信息是景点编号和景点名称，以字符串的形式输入输出。
二、概要设计
1.设计思路：
本程序是校园导航系统，即求两点间的最短路径。
其主要算法是迪杰斯特拉算法，在此基础上再加上菜单函数输出函数造图函数查找函数即可。
2.数据结构设计：
抽象数据类型图的定义如下：
ADTGraph{
数据对象V：
V是具有相同特性的数据元素的集合，称为顶点集。
数据关系R：
R={VR}
VR={（v,w）|v,wV,（v,w）表示v和w之间存在路径}
基本操作p：
CreatGraph（&G，V，VR）
初始条件：
V是图的顶点集，VR是图中边的集合。
操作结构：
按V和VR的定义构造图G。
DestroyGraph（&G）
初始条件：
图G存在。
操作结果:
销毁图G。
LocateVex（G，u）
初始条件：
图G存在，u和G中顶点有相同特征。
操作结果：
若G中存在顶点u，则返回该顶点在图中位置；否则返回其他信息。
GetVex（G，v）
初始条件：
图G存在，v是G中某个顶点。
操作结果：
返回v的信息。
FirstEdge（G，v）
初始条件：
图G存在，v是G中某个顶点。
操作结果：
返回依附于v的第一条边。
若该顶点在G中没有邻接点，则返回“空”。
NextEdge（G，v，w）
初始条件：
图G存在，v是G中某个顶点，w是v的邻接顶点。
操作结果:
返回依附于v的（相对于w的）下一条边。
若不存在，则返回“空”。
InsertVex（&G,v）
初始条件:
图G存在，v和图中顶点有相同特征。
操作结果：
在图G中增添新顶点v。
DeleteVex（&G,v）
初始条件：
图G存在，v是G中某个顶点。
操作结果：
删除G中顶点v及其相关的边。
GetShortestPath（G，st，nd，&Path）
初始条件：
图G存在，st和nd是G中的两个顶点。
操作结果：
若st和nd之间存在路径，则以Path返回两点之间一条最短路径，否则返回其他信息。
3.软件结构设计：
voidCreatUDN（intv，inta）造图函数
voidnarrate（）说明函数
voidShortestPath（intnum）最短路径函数
voidoutput（intsight1，intsight2）输出函数
voidsearch（）查询函数
charMenu（）主菜单
charSearchMenu（）查询子菜单函数
主程序模块
带权无向图模块
三、详细设计
1.边顶点和图类型
#defineMax20000
#defineNUM10
typedefstructArcCell{
intadj;/*相邻接的景点之间的路程*/
}ArcCell;/*定义边的类型*/
typedefstructVertexType{
intnumber;
char*sight;
char*info;
}VertexType;/*定义顶点的类型*/
typedefstructMGraph{
VertexTypevex[NUM];/*图中的顶点，即为景点*/
ArcCellarcs[NUM][NUM];/*图中的边，即为景点间的距离*/
intvexnum,arcnum;
}MGraph;/*定义图的类型*/
2.voidmain（）/*主函数*/
{
intv0,v1;
charck;
CreateUDN（NUM,11）;
do
{
ck=Menu（）;
switch（ck）
{
case'1':
system（"cls"）;
narrate（）;/*输出景点列表*/
printf（"\n\n\t\t\t请选择起点景点（0～9）：
"）;
scanf（"%d",&v0）;
printf（"\t\t\t请选择终点景点（0～9）：
"）;
scanf（"%d",&v1）;
ShortestPath（v0）;/*计算两个景点之间的最短路径*/
output（v0,v1）;/*输出结果*/
printf（"\n\n\t\t\t\t请按任意键继续...\n"）;
getchar（）;
getchar（）;
break;
case'2':
search（）;
break;
};
}while（ck!
='e'）;
}
charMenu（）/*主菜单*/
{
charc;
intflag;
do{
flag=1;
system（"cls"）;
narrate（）;/*输出景点列表*/
printf（"\n\t\t\t┏━━━━━━━━━━━━━━━┑\n"）;
printf（"\t\t\t┃┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃1、查询景点路径┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃2、查询景点信息┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃e、退出┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃┃\n"）;
printf（"\t\t\t┗━━━━━━━━━━━━━━━┛\n"）;
printf（"\t\t\t\t请输入您的选择：
"）;
scanf（"%c",&c）;
if（c=='1'||c=='2'||c=='e'）
flag=0;
}while（flag）;
returnc;
}
charSearchMenu（）/*查询子菜单*/
{
charc;
intflag;
do{
flag=1;
system（"cls"）;
narrate（）;/*输出景点列表*/
printf（"\n\t\t\t┏━━━━━━━━━━━━━━━┑\n"）;
printf（"\t\t\t┃┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃1、按照景点编号查询┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃2、按照景点名称查询┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃e、返回┃\n"）;
printf（"\t\t\t┃┃\n"）;
printf（"\t\t\t┗━━━━━━━━━━━━━━━┛\n"）;
printf（"\t\t\t\t请输入您的选择：
"）;
scanf（"%c",&c）;
if（c=='1'||c=='2'||c=='e'）
flag=0;
}while（flag）;
returnc;
}
voidsearch（）/*查询景点信息*/
{
intnum;
inti;
charc;
charname[20];
do
{
system（"cls"）;
c=SearchMenu（）;
switch（c）
{
case'1':
system（"cls"）;
narrate（）;/*输出景点列表*/
printf（"\n\n\t\t请输入您要查找的景点编号：
"）;
scanf（"%d",&num）;
for（i=0;i{
if（num==G.vex[i].number）
{
printf（"\n\n\t\t\t您要查找景点信息如下:
"）;
printf（"\n\n\t\t\t%-25s\n\n",G.vex[i].info）;
printf（"\n\t\t\t按任意键返回..."）;
getchar（）;
getchar（）;
break;
}
}
if（i==NUM）
{
printf（"\n\n\t\t\t没有找到！
"）;
printf（"\n\n\t\t\t按任意键返回..."）;
getchar（）;
getchar（）;
}
break;
case'2':
system（"cls"）;
narrate（）;
printf（"\n\n\t\t请输入您要查找的景点名称：
"）;
scanf（"%s",name）;
for（i=0;i{
if（!
strcmp（name,G.vex[i].sight））
{
printf（"\n\n\t\t\t您要查找景点信息如下:
"）;
printf（"\n\n\t\t\t%-25s\n\n",G.vex[i].info）;
printf（"\n\t\t\t按任意键返回..."）;
getchar（）;
getchar（）;
break;
}
}
if（i==NUM）
{
printf（"\n\n\t\t\t没有找到！
"）;
printf（"\n\n\t\t\t按任意键返回..."）;
getchar（）;
getchar（）;
}
break;
}
}while（c!
='e'）;
}
voidCreateUDN（intv,inta）/*造图函数*/
{
inti,j;
G.vexnum=v;/*初始化结构中的景点数和边数*/
G.arcnum=a;
for（i=0;iG.vex[i].number=i;/*初始化每一个景点的编号*/
/*初始化没一个景点名及其景点描述*/
G.vex[0].sight="实验楼";
G.vex[0].info="学生及科研人员做实验";
G.vex[1].sight="科学会堂";
G.vex[1].info="学生业余活动，举办各种晚会。
";
G.vex[2].sight="7号楼";
G.vex[2].info="男生宿舍楼";
G.vex[3].sight="3号楼";
G.vex[3].info="女生宿舍楼";
G.vex[4].sight="澡堂";
G.vex[4].info="供学生洗澡的地方";
G.vex[5].sight="操场";
G.vex[5].info="学生锻炼健身的场所";
G.vex[6].sight="B区教学楼";
G.vex[6].info="教室，学生上课自习的地方";
G.vex[7].sight="图书馆";
G.vex[7].info="藏有丰富的书籍，供学生和老师参考";
G.vex[8].sight="A区教学楼";
G.vex[8].info="老师办公室";
G.vex[9].sight="餐厅";
G.vex[9].info="师生及工作人员吃饭的地方";
/*这里把所有的边假定为20000，含义是这两个景点之间是不可到达*/
for（i=0;ifor（j=0;jG.arcs[i][j].adj=Max;
/*下边是可直接到达的景点间的距离，由于两个景点间距离是互相的，
所以要对图中对称的边同时赋值。
*/
G.arcs[0][1].adj=G.arcs[1][0].adj=6;
G.arcs[0][2].adj=G.arcs[2][0].adj=4;
G.arcs[0][3].adj=G.arcs[3][0].adj=5;
G.arcs[1][4].adj=G.arcs[4][1].adj=1;
G.arcs[2][4].adj=G.arcs[4][2].adj=1;
G.arcs[3][5].adj=G.arcs[5][3].adj=2;
G.arcs[5][7].adj=G.arcs[7][5].adj=4;
G.arcs[4][6].adj=G.arcs[6][4].adj=9;
G.arcs[4][7].adj=G.arcs[7][4].adj=7;
G.arcs[6][8].adj=G.arcs[8][6].adj=2;
G.arcs[7][8].adj=G.arcs[8][7].adj=4;
G.arcs[8][9].adj=G.arcs[9][8].adj=4;
}
voidnarrate（）/*说明函数*/
{
inti=0;
printf（"\n\t\t\t*****欢迎使用理工大校园导游程序*****\n"）;
printf（"\t________________________________\n"）;
printf（"\t\t景点名称\t\t\n"）;
printf（"\t________________________________\n"）;
for（i=0;i{
printf（"\t%c（%2d）%-10s\t\t\n",3,i,G.vex[i].sight）;/*输出景点列表*/
}
printf（"\t________________________________\n"）;
}
voidShortestPath（intnum）/*迪杰斯特拉算法最短路径函数num为入口点的编号*/
{
intv,w,i,t;/*i、w和v为计数变量*/
intfinal[NUM];/*若P[v][w]为1，则w是从顶点num到v当前求得最短路径上的顶点*/
intmin;//final[v]为1，当且仅当v属于s，即已经求得从num到v的最短路径
for（v=0;v{
final[v]=0;/*假设从顶点num到顶点v没有最短路径*/
D[v]=G.arcs[num][v].adj;/*将与之相关的权值放入D中存放*/
for（w=0;wP[v][w]=0;/*设置为空路径*/
if（D[v]<20000）/*存在路径*/
{
P[v][num]=1;/*存在标志置为一*/
P[v][v]=1;/*自身到自身*/
}
}
D[num]=0;
final[num]=1;/*初始化，num顶点属于S集合*/
/*开始主循环，每一次求得num到某个顶点的最短路径，并将其加入到S集合*/
for（i=0;i{
min=Max;/*当前所知离顶点num的最近距离*/
for（w=0;wif（!
final[w]）/*w顶点在v-s中*/
if（D[w]{
v=w;
min=D[w];
}
final[v]=1;/*离num顶点更近的v加入到s集合*/
for（w=0;wif（!
final[w]&&（（min+G.arcs[v][w].adj）{
D[w]=min+G.arcs[v][w].adj;
for（t=0;tP[w][t]=P[v][t];
P[w][w]=1;
}
}
}
voidoutput（intsight1,intsight2）/*输出函数*/
{
inta,b,c,d,q=0;
a=sight2;/*将景点二赋值给a*/
if（a!
=sight1）/*如果景点二不和景点一输入重合，则进行...*/
{
printf（"\n\t从%s到%s的最短路径是",G.vex[sight1].sight,G.vex[sight2].sight）;/*输出提示信息*/
printf（"\t（最短距离为%dm.）\n\n\t",D[a]）;/*输出sight1到sight2的最短路径长度，存放在D[]数组中*/
printf（"\t%s",G.vex[sight1].sight）;/*输出景点一的名称*/
d=sight1;/*将景点一的编号赋值给d*/
for（c=0;c{
gate:
;/*标号，可以作为goto语句跳转的位置*/
P[a][sight1]=0;
for（b=0;b{
if（G.arcs[d][b].adj<20000&&P[a][b]）/*如果景点一和它的一个临界点之间存在路径且最短路径*/
{
printf（"-->%s",G.vex[b].sight）;/*输出此节点的名称*/
q=q+1;/*计数变量加一，满8控制输出时的换行*/
P[a][b]=0;
d=b;/*将b作为出发点进行下一次循环输出，如此反复*/
if（q%9==0）printf（"\n"）;
gotogate;
}
}
}
}
}
3.
输出函数算法流程图
4.函数调用图：
Main
SearchCreateUDNNarrateShortestPathOutputMenu
SearchMenu
四、调试分析
1.本程序实现了查询校园中任意两景点的最短路径的功能，同时也显示了两景点最短路径的实际距离。
也可以查询任意景点的信息，包括按景点编号查询和按景点名称查询。
2.考虑道路网多是稀疏网，故采用邻接多重表作存储结构，其空间复杂度为O（e），此时的时间复杂度也为O（e）。
构建邻接多重表的时间复杂度为O（n+e），输出路径的时间复杂度为O（n）。
由此，本导游程序的时间复杂度为O（n+e）。
3.在创建造图函数时，由于两个景点的距离是相互的，所以要对图中对称的边要同时赋值，开始时没有注意到这一点，导致程序总是有错误。
4.本程序除了迪杰斯特拉算法外，基本全是用最简单的c语言编写的，行数比较多。
有些地方可以用指针链表代替，这样可以缩短篇幅，更加简单易懂。
5.可扩展的功能有求校园图的关节点，提供校园图中多个景点的最佳访问路线查询，即求途经这多个景点的最佳路径。
五、测试结果
1.进入程序操作页面后操作命令符为1，
起点景点：
7号楼
（2）；终点景点：
操场（5）；
最短路径：
7号楼---实验楼---3号楼---操场
最短路径长度：
11m
起点景点：
实验楼（0）；终点景点:
B区教学楼（6）；
最短路径：
实验楼---7号楼---澡堂---B区教学楼
最短路径长度：
14m
2.操作命令符为2，
景点编号查询：
7
景点信息：
藏有丰富图书，供学生及老师参考
景点名称查询:
科学会堂
景点信息：
学生业余活动，举办各种晚会
六、用户手册
1.进入演示程序后随即显示如下的文本方式的用户界面：
2.进入“查询景点路径
（1）”的命令后，即提示输入起始点和终点的编号，输入编号后即显示两点之间的一条最短路径及距离：
3.进入“查询景点信息
（2）”的命令后，即提示按景点编号查询
（1）和按景点名称查询
（2）：
输入1后显示如下:
输入2后显示如下：
7、体会与自我评价
由于疏忽，我是在开始上机做实验的前一天匆忙选的设计课题，那时课题基本已被选完了，就剩下几个比较难的课题了，我就随便选择了校园导航系统。
说实在的，开始的时候对校园导航系统一点也不了解，根本不知道校园导航系统要用到什么知识。
就这样，我迎来了为期两个星期的数据结构课程设计实验。
在接下来的时间里，我就在规定的时间里去学校的实验室做实验，在其余的时间里到网上查询一些关于校园导航系统的一些资料，了解编写校园导航系统涉及的核心知识。
通过查询我知道了校园导航系统的关键是最短路径问题，在教材中用算法---迪杰斯特拉求最短路径问题。
花了几天的时间到教室自习，先是弄懂啥叫迪杰斯特拉算法，该算法是怎样实现的，然后一直在研究该算法在用c语言是怎样表达的。
其实迪杰斯特拉算法的主要思想很容易懂，可是它的c语言描述很难理解，不过最终我还是依据课本上的c语言算法描述改写成了适合自己课题的程序代码。
校园导航系统程序的核心即已经编出来，其余的主函数菜单函数等就很简单了。
整个程序很快就大体编写完成了，不过在运行的时候还是有几个错误。
自己看了很长时间，改了又改，终于在同学的帮助下完成了整个程序。
曲折的是，在最终的答辩时，我还是答了两次。
第一次有点紧张，开始还挺顺利，可是突然老师提了一个有关图的存储位置问题，我傻眼了，没回答上来，第一次答辩就这样失败了。
后来我回去又仔细的看了几遍自己的程序，最终通过了下次的答辩。
为期两周的数据结构课程设计就这样结束了。
通过这次课程设计，我学会了很多。
一个大型的程序是需要丰富的编程知识和团队合作。
要想以后能够独立自主的开发新的软件，现在就必须多多涉猎各种编程知识，为以后打下坚实的基础。
源代码
#include"string.h"
#include"stdio.h"
#include"malloc.h"
#include"stdlib.h"
#defineMax20000
#defineNUM10
typedefstructArcCell{
intadj;/*相邻接的景点之间的路程*/
}ArcCell;/*定义边的类型*/
typedefstructVertexType{
intnumber;
char*sight;
char*info;
}VertexType;/*定义顶点的类型*/
typedefstructMGraph{
VertexTypevex[NUM];/*图中的顶点，即为景点*/
ArcCellarcs[NUM][NUM];/*图中的边，即为景点间的距离*/
intvexnum,arcnum;
}MGraph;/*定义图的类型*/
MGraphG;/*把图定义为全局变量*/
intP[NUM][NUM];/**/
longintD[NUM];/*辅助变量存储最短路径长度
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