哈尔滨工业大学（威海）计算机科学与工程程序设计实践任务书

1. 问题背景及应用意义

​ 由于火车线路的布局和运营安排，火车线路通常由多个区段组成，每个区段之间有不同的车次和时刻表安排。当旅客需要从起点站到达目的地时，有时需要在中途站点进行换乘，以继续前行。 火车换乘参考网站的问题背景与应用意义在于为乘客提供准确、全面、实时的换乘信息，帮助他们更好地规划和安排火车旅行。

​ 应用意义分为以下几点：

(1)换乘信息整合：火车换乘参考网站将各个车站的时刻表、车次信息、换乘方案等整合到一个平台上，提供了一个集中查询的渠道。乘客可以通过一个网站获取到所需的换乘信息，避免了需要查询多个网站或咨询多个渠道的麻烦。

(2)换乘方案推荐：火车换乘参考网站通常会根据乘客提供的出发站和目的地，智能地推荐最佳的换乘方案。这可以帮助乘客节省时间和费用，选择最优的换乘方式。

(3)详细信息展示：火车换乘参考网站通常会提供详细的换乘信息，包括中转站点、换乘时间、换乘路线等，帮助乘客更好地了解换乘流程和行程安排。

综上所述，火车换乘参考网站的问题背景与应用意义在于为乘客提供便捷、准确、实时的换乘信息，帮助他们更好地规划和安排火车换乘行程，节省时间和费用，提高出行的便利性和舒适度。

2. 所要解决的实际应用问题及难点

(1)数据准确性：确保提供的火车时刻表、车次信息、换乘方案等数据准确无误，需要与铁路部门或相关权威机构进行数据对接和更新，以及处理数据的实时性和准确性。由于技术不足以12306车次数据，该程序将使用模拟数据替代真实车次数据。

(2)换乘算法：设计智能的换乘算法，能够根据用户输入的出发站和目的地，计算出最优的换乘方案，考虑到换乘时间、中转站点、车次间隔等因素，提供用户友好的换乘建议。

(3)用户体验：提供直观友好的用户界面，使用户能够快速、方便地查询到所需的换乘信息，同时考虑多种用户需求和使用场景，提供个性化的服务和建议。

(4)多样化需求：考虑到用户可能有不同的出行需求，需要提供多种换乘方案和选择，包括最快捷路线、最经济路线等，同时能够满足不同用户的个性化需求。

3. 计划实施方案（含功能模块划分、算法流程设计等）

前端： 采用Vue框架，分为以下两个模块：

(1)查询模块：包括三个输入框和查询按钮。三个输入框分别用于填写出发 地、目的地、出发日期，用户可以点击查询按钮进行查询方案

(2)数据展示模块：数据展示模块负责将查询结果以直观的方式展示给用户。它包括换乘方案的列表，显示换乘路线、中转站点、车次信息、出发时间、到达时间等。此外，还可以提供筛选和排序功能，以便用户根据自己的需求进行选择

后端： 采用Spring Boot框架，分为以下四部分：

Controller层：接受前端传来的参数，并将其解析，调用service层的接口进行 处理参数，并将结果返回给前端 Pojo层：定义一个实体类，用于封装数据，作为方法参数或返回值进行数据传输

Service层：定义一个接口，接收参数后调用算法模块，来计算出可行换乘方 案，对其进行排序后返回给Controller层

Exception层：定义异常，当程序产生异常时抛出异常代码，以便分析问题

算法： 考虑到实际情况，火车换乘次数不超过3次，最多乘坐4趟列车，可对最短路算法进行限制。 将火车始发站与其途径站视为一条单向边，由先经过的站点指向后经过的站点，每个站点视为一个点，构建成一个图。对于每个请求，将出发地视为起点，目的地视为终点。换乘最短路算法采用双向BFS算法，从起点出发，进行广度优先搜索（BFS），深度为2层。将搜索到的站点存储。

再新建一个图，将火车终点站与其途径站视为一条单向边，由后经过的站点指向先经过的站点，将目的地视为起点，出发地视为终点，从起点出发，进行广度优先搜索（BFS），深度为2层。将搜索到的站点进行存储。 将两次搜索到的站点进行比较，若有相同或为起点或终点，即视为有一条可行的换乘路径，存储起来。对于所有可行的路径，按不同的关键词（时间最短，路程最短，价格最低）进行排序，输出到文件中。

模拟数据:

4. 拟采用的数据结构及算法等

数据结构：

链表：对于每个点，以车次来构造边，用链表来存储

图：火车路线图可以用图来表示，火车站为其中的点，车次为节点之间的边。 这样就可以采取图的搜索方法BFS来搜索最短路。

数组：存储路线，列车车次，站点信息等信息 哈希表：快速存储和查询车站信息，列车信息等，提高数据检索效率

算法：

双向BFS：计算最短换乘路线，考虑到换乘时间、中转站点、车次间隔等因素，以提供用户换乘方案

排序算法：将双向BFS搜索出来的换乘路线按不同的关键字（换乘次数，时间等）进行排序。

工作量（阐述所选任务的工作量体现，包括具体的设计模块及预期代码量等）

前端部分：

1.查询模块：这个模块主要负责接收用户输入的出发地、目的地和出发日期，并将其传递给后端进行处理。工作量相对较小，预计代码量约为100-200行。

2.数据展示模块：这个模块负责将后端返回的查询结果以直观的方式展示给用户，包括换乘方案列表、路线信息、中转站点、车次信息等。同时，还需要实现筛选和排序功能。这个模块的工作量较大，预计代码量约为300-500行。

后端部分：

1.Controller层：这个层负责接收前端传来的参数，并进行解析和处理，预计代码量约为100-200行。

2.Pojo层：这个层主要负责定义一个实体类，需要定义具体参数和方法getter和setter，以及一些辅助方法equals，hashCode，toString等，预计代码量约为100行。

3.Service层：这个层负责定义接口，进行文件操作，并调用算法模块来计算可行的换乘方案，然后对结果进行排序并返回给Controller层。工作量较大，预计代码量约为200-300行。

数据模拟： 随机函数生成列车信息，包含票价，里程，中转站等信息，预计代码量100行。 算法： 使用文件输入或调用api读取火车车次信息，对其建立两个有向图，并分别进行双向BFS查找换乘信息，再进行排序，预计代码量200-300行。
工作计划安排（要明确中期检查及结题验收时的完成目标） 1.学习并研究各部分的语言逻辑、算法思路等，将后端的部分基本完善，并完成基本的前端界面 2.在中期已完成内容的基础上，进一步完善网页，并将前、后端的部分进行整合，形成一个功能基本完备的火车换乘参考网站的实际应用界面。

同组人员分工安排（若自行成组则写“独立完成”；多人同组则要分工明确，清晰列出每人所承担的具体任务安排） 独立完成

说明：每个课设小组需独立完成任务书，内容要完整、分工要明确；各组项目尽量不重复。