Нахождение пути от одного населённого пункта к другому
Цель работы:
Разработать программу, осуществляющую нахождение пути от одного населённого
пункта к другому.
Введение
В настоящее время индустрия производства компьютеров и программного
обеспечения для них является одной из наиболее важных сфер экономики
развитых стран. Ежегодно в мире продаются десятки миллионов компьютеров.
Только в США объем продаж компьютеров составляет десятки миллионов
долларов и постоянно продолжает расти.
В чем же причины такого стремительного роста индустрии персональных
компьютеров и их сравнительная выгодность для многих деловых применений?
Простота использования, обеспеченная с помощью диалогового способа
взаимодействия с компьютером.
Относительно высокие возможности по переработке информации, наличие
программного обеспечения, а так же мощных систем для разработки нового
программного обеспечения.
Использованная в отчёте программа может использоваться для решения
задач, связанных с проложением маршрута дороги любого типа.
Определение достижимости населённых пунктов.
1.1 Анализ требований.
В списке задаются города (населённые пункты), а также дороги между ними
(есть или нет), необходимо разработать программу с использованием
модульного программирования, осуществляющую нахождение кратчайшего пути
между населёнными пунктами, задаваемыми пользователем в процессе работы
программы.
Решение поставленной задачи осуществляется следующим методом:
Cтроится граф, вершины которого - населённые пункты, а ребра - дороги
между ними.
В процессе работы программы в данном графе с помощью рекуррентной
процедуры находятся пути из одной вершины в другую. Данная процедура в
качестве параметров получает массив пройденных вершин, текущую вершину и
количество уже пройденных вершин. На каждом этапе процедура проверяет все,
не пройденные достигнутые вершины, и либо находит заданный путь, если
достигнута конечная вершина, либо вызывает саму себя для всех, не
пройденных вершин.
Для организации данного алгоритма используется две процедуры: процедура
нахождения всего пути и рекурсивная процедура поиска единичного маршрута.
Процедура нахождения всего пути осуществляет перебор всех населённых
пунктов и вызов рекурсивной процедуры, которая осуществляет поиск маршрута
между этими населёнными пунктами.
Средства решения задачи: используются средства логического
программирования языка Turbo Pascal 7.0.
1.2 Проектирование.
Для реализации поставленной задачи программа должна выполнять следующие
функции:
Ввод данных пользователем с клавиатуры - вводятся названия населённых
пунктов и дороги, соединяющие их;
Вывод данных - вывод на экран списка населённых пунктов и дорог,
соединяющий их.
Запись в файл - запись в файл, имя которого указывает пользователь в
диалоговом режиме, названия населённых пунктов и существующих дорог между
ними в виде текстовой информации;
Считывание файла с диска, с именем, которое указывает пользователь в
диалоговом режиме
Вывод результата - пользователь задаёт начальный и конечный населённый
пункт, между которыми необходимо проложить путь, на экране появляется
маршрут, либо сообщение: "маршрут не найден".
Данная программа реализована с использованием принципа модульного
программирования, главным преимуществом которого является простота
использования, возможность подключения программой разных модулей, которые
могли быть разработаны ранее, быстрое нахождение основного текста
программы, а также исправление и отладка процедур при использовании другой
программы или специальной программы-отладчика, которая подключает к себе
данный модуль.
Все процедуры, используемые данной программой, находятся в unit-модуле
ph.tpu и предназначены для использования основной программой, которая
находится в файле path.pas.
Основная программа осуществляет вывод меню на экран, опрос клавиатуры и
вызов процедуры, соответствующей нажатой клавише.
Для реализации ввода данных используется процедура InputData, которая
осуществляет ввод имён городов с клавиатуры, если вместо названия города
был нажат ввод, то процедура выводит список городов на экран и
пользователь, передвигая курсор и, нажимая ввод, составляет список дорог,
соединяющие эти города между собой, при нажатии клавиши Esc процедура
прекращает свою работу и выходит в главное меню.
Для реализации запроса имени файла и записи данных в файл используется
процедура Save, которая сначала выводит запрос на экран, осуществляет ввод
имени файла, открывает файл, имя которого вводится пользователем с
клавиатуры в текущем каталоге, в цикле из массива городов записывает на
диск список городов, затем также список дорог, соединяющих их.
Для реализации запроса имени файла и чтения данных из файла в массив
используется процедура load, которая сначала выводит запрос имени файла на
экран, осуществляет ввод имени файла, открывает файл, имя которого вводится
пользователем, считывает данные в массив городов, затем в массив дорог.
Для поиска пути между городами используется процедура FindPath, которая
осуществляет вывод списка городов на экран, опрос клавиатуры, при этом
пользователь может выбрать курсором начальный и конечный населённый пункт в
своём пути, процедура FindPath вызывает с параметрами рекурсивную
процедуру, которая производит поиск оптимального маршрута между выбранными
городами.
Для поиска маршрута используется рекурсивная процедура findnext, которой
при её вызове передаются следующие параметры: a(vec) - вектор, каждому городу соответствует номер в маршруте или ноль, если города нет в маршруте; tv(integer) - город, следующий в маршруте; nv(integer) - город, в который необходимо добраться; lv(integer) - количество пройденных городов.
На каждом этапе процедура проверяет все, не пройденные достигнутые
вершины, и либо находит заданный путь, если достигнута конечная вершина,
либо вызывает саму себя для всех, не пройденных вершин.
1.3 Кодирование
Краткая функциональная спецификация.
Процедура InputData
Назначение: Осуществляет ввод исходных данных пользователем с клавиатуры.
Входные данные: нет.
Выходные данные: нет.
Не вызывает никаких процедур.
Вызывается из основной программы.
Процедура OutputData
Назначение: Осуществляет вывод данных на экран.
Входные данные: нет.
Выходные данные: нет.
Не вызывает никаких процедур.
Вызывается из основной программы.
Процедура Load
Назначение: Осуществляет запрос имени, чтение файла данных с этим именем в
массив городов и в массив дорог.
Входные данные: нет.
Выходные данные: нет.
Не вызывает никаких процедур.
Вызывается из основной программы.
Процедура Save
Назначение: Осуществляет запрос имени, запись в файл данных с этим именем
массива городов и в массива дорог.
Входные данные: нет.
Выходные данные: нет.
Не вызывает никаких процедур.
Вызывается из основной программы.
Процедура FindPath
Назначение: Осуществляет поиск пути между городами.
Входные данные: нет.
Выходные данные: нет.
Вызывает findnext.
Вызывается из основной программы.
Процедура FindNext
Назначение: Осуществляет поиск маршрута.
Входные данные: a(vec) - вектор, каждому городу соответствует номер в маршруте или ноль, если города нет в маршруте; tv(integer) - город, следующий в маршруте; nv(integer) - город, в который необходимо добраться; lv(integer) - количество пройденных городов.
Выходные данные: нет.
Вызывает findnext.
Вызывается из FindPath.
Основная программа
Осуществляет оформление экрана, вывод и обработку меню, опрос клавиатуры,
вызов процедуры, соответствующей выбранному пункту меню.
1.4 Тестирование
Разработанное программное средство было протестировано методом
функционального тестирования.
Введённые в программу данные показали, что результаты работы совпадают
с вычисленными вручную.
Программы разработки.
Программа path
program path;
uses crt,ph;
var t:town; {Данные о городах} nt:integer; {Число городов} r:road; {Данные о дорогах} nr:integer; {Число дорог} sl:integer; {Выбранный пункт меню} c:char; {Нажатый символ} i:integer; {Счетчик} fv:vec; {Вектор пройденных городов} nfv:integer; {Количество городов}
Const
KItems = 6; {Количество пунктов меню} mas: array[1..KItems] of string =
{Инициализация пунктов меню}
'¦ Вывод данных ¦',
'¦ Запись в файл ¦',
'¦ Считывание файла ¦',
'¦ Вывод результата ¦',
'L------ Выход -------');
{Основная программа}
begin sl:=1;
{Городов и дорог нет} nt:=0; nr:=0; repeat textattr:=7; {Основной цвет меню} clrscr; for i:=1 to KItems do begin gotoxy (25,i+3); write (mas[i]); {Вывод пунктов меню} end; textattr:= 77; {Цвет активного пункта} gotoxy (25,sl+3); write (mas[sl]); {Вывод активного пункта} c:=readkey; {Ввод символа с клавиатуры} textattr:=7; case c of {Определить код нажатой клавиши}
#13: case sl of {Клавиша Enter}
1: InputData;
2: OutputData;
3: Save;
4: Load;
5: FindPath; end;
#0: begin {Анализ функциональных клавиш} c:=readkey; case c of
#80: if sl1 then sl:=sl-1 else sl:=KItems; end end end; until ((c=#13) and (sl=6) or (c=#27)); textattr:=7; clrscr;
end.
Модуль ph
unit ph;
interface
uses crt;
type town= array [1..20] of string; {Данные о городах} road= array [1..200] of record {Данные о дорогах} a:integer; b:integer; end; vec=array [1..20] of integer; {Данные о пройденных городах}
var t:town; {Данные о городах} nt:integer; {Число городов} r:road; {Данные о дорогах} nr:integer; {Число дорог} fv:vec; {Вектор пройденных городов} nfv:integer; {Количество городов}
procedure InputData;
procedure OutputData;
procedure Save;
procedure Load;
procedure findnext(a:vec; tv:integer; nv:integer; lv:integer);
procedure FindPath;
implementation
{Ввод данных}
procedure InputData;
var i:integer; {Счетчик} n:integer; {Выбранный начальный город} sl:integer; {Выбранный город} c:char; {Нажатый символ}
begin
{Считывание данных о городах} clrscr; nt:=1; writeln('Введите название города (Пустая строка - закончить: '); repeat write(' >'); readln(t[nt]); nt:=nt+1; until (t[nt-1]=''); nt:=nt-2;
{Проверка, вводились ли города} if (nt>0) then begin
{Да, ввод дорог} nr:=0; n:=0; sl:=1; repeat textattr:=7; clrscr; for i:=1 to nt do begin gotoxy (25,i+3); write (t[i]); {Вывод городов} end; textattr := 77; {Цвет активного города} gotoxy (25,sl+3); write (t[sl]); {Вывод активного города} if (n0) then begin textattr:=66; {Цвет отмеченного города} gotoxy (25,n+3); write (t[n]); {Вывод отмеченного города} end; textattr:=7; gotoxy(1,20); write('Дороги: '); for i:=1 to nr do write(' {',r[i].a,',',r[i].b,'}'); c:=readkey; {Ввод символа с клавиатуры} case c of
#13: begin {Нажат ENTER}
{Либо происходит попытка добавить дорогу} if (n=sl) then n:=0 else begin nr:=nr+1; if (n>sl) then begin i:=n; n:=sl; sl:=i; end;
{Проверяется, нет ли такой?} for i:=1 to nr-1 do if ((r[i].a=n)and(r[i].b=sl)) then n:=0;
{Если нет - добавляется} if n0 then begin r[nr].a:=n; r[nr].b:=sl; end else nr:=nr-1; n:=0; sl:=1; end; end;
#0: begin {Анализ функциональных клавиш} c:=readkey; case c of
#80: if sl1 then sl:=sl-1 else sl:=nt; end end end; until (c=#27); end;
end;
{Вывод данных}
procedure OutputData;
var i:integer; {Счетчик}
begin
{Вывод списка городов} clrscr; writeln(' Города: '); for i:=1 to nt do begin gotoxy (10,i); write (t[i]); {Вывод городов} end;
{Вывод списка дорог} gotoxy(1,20); write(' Дороги: '); for i:=1 to nr do write(' {',r[i].a,',',r[i].b,'}'); gotoxy(2,24); write(' ESC- Выход');
{Ожидание ESC} repeat until readkey=#27;
end;
{ Запись данных в файл}
procedure Save;
var f:TEXT; {Файл} name:string; {Имя файла} n:integer; {Счетчик}
begin clrscr; writeln(' Запись данных '); write(' Введите имя файла: '); readln(name); assign(f,name); rewrite(f); writeln(f,nt); for n:=1 to nt do writeln(f,t[n]); writeln(f,nr); for n:=1 to nr do writeln(f,r[n].a,' ',r[n].b); close(f);
end;
{Чтение из файла}
procedure Load;
var f:TEXT; {Файл} name:string; {Имя файла} n:integer; {Счетчик}
begin clrscr; writeln(' Чтение данных '); write(' Введите имя файла: '); readln(name); assign(f,name); reset(f); readln(f,nt); for n:=1 to nt do readln(f,t[n]); readln(f,nr); for n:=1 to nr do readln(f,r[n].a,r[n].b); close(f);
end;
{Рекурсивная процедура поиска маршрута.
Входные параметры: a:vec - Вектор, каждому городу соответствует номер в маршруте или ноль, если города нет в маршруте tv:integer - Город, следующий в маршруте nv:integer - Город, в который необходимо добраться lv:integer - Количество пройденных городов}
procedure findnext(a:vec;tv:integer;nv:integer;lv:integer);
var i:integer; {Счетчик}
begin a[tv]:=lv; {Устанавливается в векторе флаг, что город tv пройден} if (tv=nv) then begin
{Если достигнут необходимый город} if ((lv+1)0) then begin write(' Найденный маршрут: '); for j:=1 to nfv do for i:=1 to nt do if fv[i]=j then begin gotoxy(60,j+2); write(t[i]); end; end else write(' Маршрут не найден '); c:=readkey; {Ввод символа с клавиатуры} case c of
#13: begin
{Либо фиксируется начальный город} if n=0 then n:=sl else begin
{Либо убирается ошибочно выбранный город} if (n=sl) then n:=0 else begin
{Либо происходит поиск нового маршрута} nfv:=0; {Маршрута нет} for i:=1 to 20 do v[i]:=0; {Ни одного пройденного города} findnext(v,n,sl,1);{Вызывается первый раз рекурсивная процедура} end; n:=0; sl:=1; end; end;
#0: begin {Анализ функциональных клавиш} c:=readkey; case c of
#80: if sl1 then sl:=sl-1 else sl:=nt; end end end; until (c=#27);
end;
end.
Результаты выполнения программы.
¦ Ввод данных ¦
¦ Вывод данных ¦
¦ Запись в файл ¦
¦ Вывод результата ¦
+------ Выход ------+
Ввод данных:
Введите название города (Пустая строка - закончить):
>Город 1
>Город 2
>Город 3
>Город 4
>Город 5
>
Дороги: {1,3} {3,4} {2,5} {1,4} {2,4} {2,3}
Вывод результата:
Найденный маршрут:
Город 1 Город 1
Город 3 Город 2
Город 2 Город 3
Город 5 Город 4
Город 5
Список используемых источников
1. Белецкий Я. Турбо Паскаль с графикой для персональных компьютеров
/перевод с польского Д. И. Юренкова. - М. :Машиностроение, 1991.
2. Сергиевский М. В., Шалашов А. В. Турбо Паскаль 7.0; язык, среда программирования. - М: Машиностроение, 1994.
3. Справочник по процедурам и функциям Borland Pascal With Objects 7.0. -
Киев: Диалектика, 1993.