Python教程
基于Floyd算法的校园导航系统（Python版）
本文主要是介绍基于Floyd算法的校园导航系统（Python版），对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
Tips：这个系统是学校《大数据应用开发语言》的大作业，本身想直接在网上copy一下，结果发现校园导航系统的c/java等版本很多很多，而python版本非常之少，于是只能自己写一个简单版本的了。包含三个模块：查询学校地图模块、查询两点最短路径、查询多路径信息。
文章目录
- 前言
- 一、题目
- 二、需求分析
- 1.要求
- 2.运行环境
- 3.开发语言
- 三、概要设计
- 1.系统流程图
- 2.函数流程图
- 四、详细设计
- 1.类的分析与设计
- 2.函数的分析与设计
- 五、具体代码实现
- 运行结果
- 主界面
- 学校信息
- 查询景点
- 查询最短路径
前言
随着社会经济的发展，政府对教育建设的投资越来越大。众多高校开始扩建工程，校园占地面积大，楼宇种类多。体现出国家对教育的重视程度逐年上升，科教兴国战略时首当其冲。面对越来越大的学校，“迷路”成为众多高校新生不得面临的话题，这便需要校园导航系统来解决师生如何查询楼宇、如何快速到达目的地问题。
本系统采取基于Floyd算法来完成查询两点最短路径、查询多路径信息等问题。
一、题目
功能描述:设计你的学校的校园景点,所含景点不少于10个.有景点名称,代号,简介等信息; 为来访客人提供图中任意景点相关信息的查询.测试数据:由读者根据实际情况指定.
二、需求分析
1.要求
（1）用Python语言实现程序设计；
（2）进行相关信息处理；
（3）画出查询模块的流程图；
（4）系统的各个功能模块要求用函数的形式实现；
（5）界面友好（良好的人机互交），程序要有注释。
2.运行环境
（1）MacOS Big Sur 11.6.2系统
（2）PyCharm CE 2021
3.开发语言
大数据开发语言（Python）
三、概要设计
1.系统流程图
2.函数流程图
四、详细设计
1.类的分析与设计
定义一个Attractions类来实现输入和存放景点编号、名称。
class Attractions:
num = 0 #景点编号
name = '' #景点名称
定义一个Campus类来存放校园无向图的边和节点，并给各结点定义名称。
class Campus:
att = ["","南大门","行政楼","三号楼","四号楼","图书馆","西大门","7号楼","八号楼","九号楼","操场","体育馆","大操场"] #景点
edges = [[INF] * M] * M #边
Nodes_Num = 0
edges_Num = 0 #总结点数，总边数
定义一个Passing类来存放路径栈、路径数、栈顶数
class passing():
pathStack = [[0]*M] ##路径栈
top = 0
count = 0 #栈顶位置，路径数
visited = [[False]*M] #判断是否已经经过
定义一个DIS类来存放path路径和distence目的地。
class DIS:
distence = [[0] * M] * M #距离向量
path = [[0] * M] * M
2.函数的分析与设计
定义函数getCampus（）来读取本地map.txt地图信息，将读出来的数据放在Nodes_Num数组和edges二维数组中。
def getCampus(g):
file = r'./map.txt'
with open(file) as f:
i = 0
for line in f:
if i == 0:
tmp1,tmp2 = line.split(',')
g.Nodes_Num = int(tmp1)
g.edges_Num = int(tmp2)
i = 1
else:
x, y, w = line.split(',')
g.edges[int(x)][int(y)] = g.edges[int(y)][int(x)] = int(w)
定义check函数来判断输入字符是否合规，如果输入正确返回True，错误返回False。
def check(ch):
if ch < 0 or ch > 12:
print("\n您的输入有误，请输入0~12之间的数字！")
return False
else:
return True
定义getinf（）函数来查询想要了解的景点信息
def getinf(g):
poi = int(input("请输入您想了解到景点，0结束:"))
while poi != 0:
print("以下是该景点信息：")
print(g.inf[poi])
poi = int(input("请输入您想了解到景点，0结束:"))
定义Search函数来实现查询景点功能
def Search(g):
number = 0
while True:
putMap()
print("请问您想查看哪个景点（请输入景点编号,输入0结束）:")
input(number)
# system("cls") #清空屏幕
if(check(number)):
if(number == 0):
break
else:
print("景点编号:{}".format(g.att[number].num))
print("景点名称:{}".format(g.att[number]))
定义shrotPath最短路径函数中用三个for循环语句就能实现。
def shortPath(g,dis):
for i in range(1,g.Nodes_Num+1): #初始化距离向量矩阵与路径向量矩阵
for j in range(1,g.Nodes_Num+1):
dis.distence[i][j] = g.edges[i][j]
if i != j and dis.distence[i][j] != INF:
dis.path[i][j] = i #表示如果i和j相邻，i到j需要经过i
else:
dis.path[i][j] = -1 #否则用 -1代表当前两点不可达
for k in range(1,g.Nodes_Num+1): #递推求解每两景点的最短路径
for i in range(1,g.Nodes_Num+1):
for j in range(1,g.Nodes_Num+1):
if dis.distence[i][j] > (dis.distence[i][k] + dis.distence[k][j]): #如果发现引入k点可以使得路径更短
dis.distence[i][j] = dis.distence[i][k] + dis.distence[k][j] #更新最短路径长度
dis.path[i][j] = k
定义最佳路径函数bestPath来实现最佳路径功能
def bestPath(g,dis):
vNum = [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
count = 1 #记录用户输入的编号信息
len = 0 #统计全程路径总长
vNum[count] = int(input(" 请输入你要游览的景点的编号（输入0结束输入）："))
while vNum[count] != 0 and count <= 12:
if vNum[count] == 0:
break
count += 1
vNum[count] = int(input(" 请输入你要游览的景点的编号（输入0结束输入）："))
print(" 已为您挑选最佳访问路径：")
i = 1
while vNum[i] > 0 and vNum[i + 1] > 0 : #遍历所有输入的景点
print("{}->".format( g.att[vNum[i]]),end='') #输出路径上的起点
Floyd_Print(g,dis, vNum[i],vNum[i + 1]) #利用Floyd算法得到这两点之间的最短路径
len += dis.distence[vNum[i]][vNum[i + 1]] #算出最短路长度
i += 1
print(g.att[vNum[count - 1]]) #输出路径上的终点
print(" 全程总长为：{}m".format(len))
用打印函数print_shortPath（）和Floyd_Path()通过递归实现打印两点间的最短路径，并将结果显示到控制台上。
def Floyd_Print(g,dis,start,end):
#递归基：如果两点相邻或者两点不可达，结束递归
if dis.path[start][end] == -1 or dis.path[start][end] == end or dis.path[start][end] == start:
return
else:
Floyd_Print(g,dis, start, dis.path[start][end]) #将中间点作为终点继续打印路径
print('{}->'.format(g.att[dis.path[start][end]]),end='') #打印中间景点名字
Floyd_Print(g, dis,dis.path[start][end], end) #将中间点作为起点继续打印路径
#输出并打印两点间的最短路径
def print_shortPath(g,dis):
start = int(input(" 请输入起点编号："))
end = int(input(" 请输入终点编号："))
print(" {}到{}的最短距离是{}M".format(g.att[start],g.att[end],dis.distence[start][end]))
print(" 最佳游览路线：",end='')
print('{}->'.format(g.att[start]),end='') #输出路径上的起点
Floyd_Print(g,dis,start, end) #输出路径上的中间点
print(g.att[end]) #输出路径上的终点
五、具体代码实现
import os
M = 15 # 校园景点数量
INF = 0x3f3f3f3f
class Campus:
att = ["","北大门","行政楼","信工楼","教学主楼","图书馆","西大门","师院宾馆","体育楼","北苑食堂","澡堂","宿舍区","大操场"] #景点
inf = [['']] * M
edges = [[INF] * M] * M #边
Nodes_Num = 0
edges_Num = 0 #总结点数，总边数
def putMap():
print(" ")
print(" 盐城师范学院（通榆校区）校园导游图 ")
print(" ")
print(" ")
print(" =================================================================================================== ")
print(" 2:行政楼 ----6:西大门 ")
print(" / \\ / | \\ ")
print(" / \\ / | \\ ")
print(" / ----- | | ----- 7:师院宾馆------ ")
print(" / \\ | | | | | ")
print(" / 3:信工楼--- | --------- | | ")
print(" =================================================================================================== ")
print(" | | | | / | 9: 北苑食堂 ")
print(" | | | | / | \\ ")
print(" | / \\ | / | --10: 澡堂 ")
print(" 1:北大门 / -5:图书馆 | | ")
print(" \\ / | / | ")
print(" \\ / | / /------------11:体育馆 ")
print(" =================================================================================================== ")
print(" 4: 教学主楼----------------- | / | ")
print(" | | / | ")
print(" | 8: 体育楼------- | ")
print(" | | | ")
print(" --------------------------------------------12:大操场------------- ")
print(" ")
print(" =================================================================================================== ")
def putMenu():
print("")
print(" * * ******** * * ******** ")
print(" * * * * * * * ")
print(" ******* ******* * * * * ")
print(" * * * * * * * ")
print(" * * ******** ******* ******* ******** ")
print(" ")
print(" ")
print(" = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =")
print(" = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =")
print(" = = = =")
print(" = = 欢迎使用盐城师范学院（通榆校区）校园导航系统 = =")
print(" = = = =")
print(" = = 请选择服务: = =")
print(" = = = =")
print(" = = 1.学校信息 4.退出系统 = =")
print(" = = = =")
print(" = = 2.寻找两景点之间的最短路径 = =")
print(" = = = =")
print(" = = 3.寻找多景点之间所有路径 = =")
print(" = = = =")
print(" = = = =")
print(" = = = =")
print(" = = = =")
print(" = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =")
print(" = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =")
print()
op = input(" 请根据你的需求选择操作：")
return op
def getCampus(g):
file = r'./map.txt'
inff = r'./information.txt'
for i in range(1,g.Nodes_Num+1):
for j in range(1,g.Nodes_Num+1):
if i == j:
g.edges[i][j] = 0
with open(file) as f:
i = 0
for line in f:
if i == 0:
tmp1,tmp2 = line.split(',')
g.Nodes_Num = int(tmp1)
g.edges_Num = int(tmp2)
i = 1
else:
x, y, w = line.split(',')
g.edges[int(x)][int(y)] = g.edges[int(y)][int(x)] = int(w)
with open(inff) as f:
for line in f:
tmp1,tmp2 = line.split(' ')
poi = int(tmp1)
g.inf[poi] = tmp2
def getinf(g):
poi = int(input("请输入您想了解到景点，0结束:"))
while poi != 0:
print("以下是该景点信息：")
print(g.inf[poi])
poi = int(input("请输入您想了解到景点，0结束:"))
def check(ch):
if ch < 0 or ch > 12:
print("\n您的输入有误，请输入0~12之间的数字！")
return False
else:
return True
def Search(g):
number = 0
while True:
putMap()
print("请问您想查看哪个景点（请输入景点编号,输入0结束）:")
input(number)
# system("cls") #清空屏幕
if(check(number)):
if(number == 0):
break
else:
print("景点编号:{}".format(g.att[number].num))
print("景点名称:{}".format(g.att[number]))
class passing():
pathStack = [[0]*M] ##路径栈
top = 0
count = 0 #栈顶位置，路径数
visited = [[False]*M] #判断是否已经经过
# def DFS_AllPath(g,p,start,end):
# dis=0 #总距离
# p.pathStack[p.top] = start #将起点入栈
# p.top += 1
# p.visited[start] = 1 #表示该点已经访问过
# for i in range(1,g.Nodes_Num+1): #遍历与这个结点相邻的结点
# if g.edges[start][i] > 0 and g.edges[start][i] != INF and p.visited[i] == False: #如果与i不是自己并且这个点有可达路径并且未被访问过
# if i == end: #如果已经到达目的地
# print(" 第{}条道路:".format(p.count)) #将该路径输出
# p.count+=1
# for j in range(p.top):
# print(g.att[p.pathStack[j]]) #输出该景点
# if(j < p.top-1):
# dis = dis + g.edges[p.pathStack[j]][p.pathStack[j+1]]
#
# dis = dis + g.edges[p.pathStack[p.top-1]][end] #计算最后一个边长1
# print(g.att[end])
# print(" 总长度为: {}m\n".format(len))
#
# else: #如果还未达到
# DFS_AllPath(g,i,end) #递归遍历
# p.top -= 1 #出栈
# p.visited[i]=0 #释放该节点
#
#
# def print_AllPath(g,p):
# p.flag=0
# start = 0 #起点
# end = 0 #终点
# p.top = 0 #初始化栈顶
# p.count = 1 #初始化路径条数
# flag = 1
# while True:
# start = int(input(("\n 请输入起点编号:")))
# if(check(start)):
# flag = 1
# break
#
# flag=0 #flag重新置0
# while True:
# end = int(input(("\n 请输入终点编号:")))
# if(check(end)):
# flag = 1
# break
# print("")
# DFS_AllPath(g,p,start,end)
# print("")
#Floyd算法求两景点间的一条最短的路径
class DIS:
distence = [[0] * M] * M #距离向量
path = [[0] * M] * M
def shortPath(g,dis):
for i in range(1,g.Nodes_Num+1): #初始化距离向量矩阵与路径向量矩阵
for j in range(1,g.Nodes_Num+1):
dis.distence[i][j] = g.edges[i][j]
if i != j and dis.distence[i][j] != INF:
dis.path[i][j] = i #表示如果i和j相邻，i到j需要经过i
else:
dis.path[i][j] = -1 #否则用 -1代表当前两点不可达
for k in range(1,g.Nodes_Num+1): #递推求解每两景点的最短路径
for i in range(1,g.Nodes_Num+1):
for j in range(1,g.Nodes_Num+1):
if dis.distence[i][j] > (dis.distence[i][k] + dis.distence[k][j]): #如果发现引入k点可以使得路径更短
dis.distence[i][j] = dis.distence[i][k] + dis.distence[k][j] #更新最短路径长度
dis.path[i][j] = k # 更新最短路径上的经结点
# 递归实现打印两点间的最短路径(不包括起始点)
def Floyd_Print(g,dis,start,end):
#递归基：如果两点相邻或者两点不可达，结束递归
if dis.path[start][end] == -1 or dis.path[start][end] == end or dis.path[start][end] == start:
return
else:
Floyd_Print(g,dis, start, dis.path[start][end]) #将中间点作为终点继续打印路径
print('{}->'.format(g.att[dis.path[start][end]]),end='') #打印中间景点名字
Floyd_Print(g, dis,dis.path[start][end], end) #将中间点作为起点继续打印路径
#输出并打印两点间的最短路径
def print_shortPath(g,dis):
start = int(input(" 请输入起点编号："))
end = int(input(" 请输入终点编号："))
print(" {}到{}的最短距离是{}M".format(g.att[start],g.att[end],dis.distence[start][end]))
print(" 最佳游览路线：",end='')
print('{}->'.format(g.att[start]),end='') #输出路径上的起点
Floyd_Print(g,dis,start, end) #输出路径上的中间点
print(g.att[end]) #输出路径上的终点
def bestPath(g,dis):
vNum = [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
count = 1 #记录用户输入的编号信息
len = 0 #统计全程路径总长
vNum[count] = int(input(" 请输入你要游览的景点的编号（输入0结束输入）："))
while vNum[count] != 0 and count <= 12:
if vNum[count] == 0:
break
count += 1
vNum[count] = int(input(" 请输入你要游览的景点的编号（输入0结束输入）："))
print(" 已为您挑选最佳访问路径：")
i = 1
while vNum[i] > 0 and vNum[i + 1] > 0 : #遍历所有输入的景点
print("{}->".format( g.att[vNum[i]]),end='') #输出路径上的起点
Floyd_Print(g,dis, vNum[i],vNum[i + 1]) #利用Floyd算法得到这两点之间的最短路径
len += dis.distence[vNum[i]][vNum[i + 1]] #算出最短路长度
i += 1
print(g.att[vNum[count - 1]]) #输出路径上的终点
print(" 全程总长为：{}m".format(len))
if __name__ == '__main__':
g = Campus()
dis = DIS()
p = passing()
getCampus(g) #从文件读取信息建立校园地图
shortPath(g,dis) #通过Floyd求出distence表与path表
while True :
op = putMenu()
while op != '0': #打印主菜单
if op == '1':
putMap()
getinf(g)
os.system("pause")
os.system('cls')
op = putMenu()
elif op == "2":
putMap()
print_shortPath(g,dis) #两景点间最短路径查询
os.system("pause")
os.system('cls')
op = putMenu()
elif op == "3":
putMap()
bestPath(g,dis) #多景点间访问最优路线查询
os.system("pause")
os.system('cls')
op = putMenu()
elif op == '4':
print("感谢使用！")
exit()
else:
print(" 对不起！没有该选项对应的操作.")
os.system("pause")
os.system('cls')
op = putMenu()
information.txt和map.txt文档数据需要自己根据实际情况填写。
information.txt//存放学校地点相关信息 map.txt//存放学校地图（点、边等数据）
运行结果
主界面
学校信息
查询景点
查询最短路径
提示：这里对文章进行总结：
在图论的学习中，将每个地点可以近似表示为网络中的一个节点，将位置、位置标号以及相邻位置标号写在矩阵的一行，利用稀疏矩阵进行数据的存取，节约存储空间。从存储空间读取区域内各点信息，根据每个点的邻接点构建邻接矩阵，如果两个节点相邻，则在邻接矩阵中置1，反之置0;再利用公示求得距离，将该距离赋给邻接矩阵中为 1 的值，就得到最短路径算法中的权值矩阵。
如有全部课程设计内容可私（包含、源码、答辩ppt、演示视频、文档），欢迎大家批评指正1
这篇关于基于Floyd算法的校园导航系统（Python版）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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