軟件工程課程設(shè)計--地鐵出行幫助軟件

1、<p>　　軟件工程課程設(shè)計個人報告</p><p>　　課程設(shè)計題目：《地鐵出行幫助軟件》</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、 課程設(shè)計概述1</p><p><b>　　1. 目的1</b></p><p><b>

2、　　2. 任務(wù)1</b></p><p><b>　　3. 開發(fā)環(huán)境1</b></p><p><b>　　4. 參考資料1</b></p><p>　　二、 項(xiàng)目需求分析2</p><p>　　三、 項(xiàng)目設(shè)計的基本原理和采用的主要方法與技術(shù)2</p><p

3、>　　四、 本人實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的過程與步驟2</p><p>　　1. 程序流程的設(shè)計3</p><p>　　1.1流程圖的設(shè)計：3</p><p>　　1.2程序系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：4</p><p><b>　　1.3時序建模5</b></p><p>　　2. 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和錄入6<

4、;/p><p>　　2.1完成數(shù)據(jù)庫的設(shè)計：6</p><p>　　2.2完成數(shù)據(jù)庫的錄入：8</p><p><b>　　3. 算法設(shè)計8</b></p><p>　　4. 圖形界面設(shè)計9</p><p>　　4.1圖形界面初期架構(gòu)設(shè)計：9</p><p>　　4.

5、2圖形界面的最終架構(gòu)以及結(jié)果輸出：9</p><p><b>　　5. 程序開發(fā)9</b></p><p><b>　　5.1IDE9</b></p><p>　　5.2核心算法設(shè)計10</p><p>　　5.3程序開發(fā)完成11</p><p>　　五、 個人遇到

6、的困難與獲得的主要成就12</p><p>　　1. 開發(fā)環(huán)境的選擇12</p><p>　　2.數(shù)據(jù)庫的設(shè)計12</p><p>　　3.程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計：13</p><p>　　4.程序核心算法的選擇：13</p><p>　　5. 程序核心算法的設(shè)計：14</p><p>

7、　　6.圖形界面開發(fā)的設(shè)計：17</p><p>　　六、 測試與運(yùn)行記錄19</p><p>　　七、 課程設(shè)計完成結(jié)果分析與個人小結(jié)20</p><p><b>　　八、 附錄21</b></p><p>　　1. 軟件配置：21</p><p>　　2. 個人完成的程序模塊：21

8、</p><p>　　3. 文檔清單：21</p><p><b>　　課程設(shè)計概述</b></p><p><b>　　目的</b></p><p>　　本軟件產(chǎn)品是一項(xiàng)獨(dú)立的軟件，而且全部內(nèi)容自含。開發(fā)的意圖是為了開發(fā)一款地鐵出行幫助軟件；應(yīng)用目標(biāo)是能夠文字給出地鐵出行建議并且圖形表示；作用范

9、圍是所有地鐵出行的北京居民。</p><p><b>　　任務(wù)</b></p><p>　　輸入：輸入形式：下拉菜單選擇；輸入內(nèi)容：出發(fā)線路，終點(diǎn)線路，出發(fā)站、目的站。</p><p>　　輸出：輸出形式：對話框和圖形界面；輸出內(nèi)容：地鐵出行建議和建議路線圖。</p><p>　　用戶可以選擇“最快”、“最方便”和“最優(yōu)

10、”的地鐵出行方案，當(dāng)選擇不同的出行方案時，會從數(shù)據(jù)庫中讀取對應(yīng)不同的換乘時間以及停車時間。</p><p>　　程序會根據(jù)用戶查詢的時間調(diào)用系統(tǒng)時間，判斷當(dāng)前是否是高峰時間，當(dāng)前是高峰時間時，會從數(shù)據(jù)庫中讀取對應(yīng)不同的高峰換乘時間以及高峰停車時間。</p><p><b>　　開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　SQL Server 12、N

11、etBeans IDE 7.2</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　《軟件工程課程設(shè)計指導(dǎo)書》</p><p>　　《地鐵出行幫助軟件需求分析書》</p><p>　　《地鐵出行幫助軟件概要設(shè)計說明書》</p><p><b>　　項(xiàng)目需求分析</b&

12、gt;</p><p>　　輸入 處理 輸出</p><p>　　項(xiàng)目設(shè)計的基本原理和采用的主要方法與技術(shù)</p><p>　　基本原理：堆優(yōu)化的Dijkstra算法</p><p>　　主要方法與技術(shù)：SQL語句創(chuàng)建表與錄入數(shù)據(jù)、JAVA語言訪問數(shù)據(jù)庫、JAVA SWT</p

13、><p><b>　　圖形界面編程技術(shù)</b></p><p>　　本人實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的過程與步驟</p><p>　　個人在小組中擔(dān)任組長一職，每周負(fù)責(zé)給組員們分配各自的任務(wù)，讓大家在10周的時間內(nèi)有條不紊的完成軟件工程課程設(shè)計的程序編寫以及各類報告；在程序設(shè)計方面，我也負(fù)責(zé)完成了盡可能多的部分，從數(shù)據(jù)庫、程序算法的設(shè)計，到程序算法、圖形界面的編寫。&

14、lt;/p><p><b>　　程序流程的設(shè)計</b></p><p>　　1.1流程圖的設(shè)計：</p><p>　　1.2程序系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：</p><p>　　表現(xiàn)層（UI）：通俗講就是展現(xiàn)給用戶的界面，即用戶在使用一個系統(tǒng)的時候用戶的所見所得。在此系統(tǒng)中，表現(xiàn)層即為用戶所見的軟件界面，用戶通過軟件來獲取服務(wù)。</p

15、><p>　　業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）：針對具體問題的操作，也可以說是對數(shù)據(jù)層的操作，對數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯處理。</p><p>　　數(shù)據(jù)訪問層（DAL）：該層所做事務(wù)直接操作數(shù)據(jù)庫，針對數(shù)據(jù)的增添、刪除、修改、查找等。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)訪問層</b></p><p><b>　　業(yè)務(wù)邏輯層</b&g

16、t;</p><p><b>　　表現(xiàn)層</b></p><p><b>　　1.3時序建模</b></p><p><b>　　用戶</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和錄入</b></p><p>　　2.1完成數(shù)

17、據(jù)庫的設(shè)計：</p><p>　　2.1.1換乘表transfer_station</p><p>　　2.1.2線路表line_one-line_nine</p><p>　　2.2完成數(shù)據(jù)庫的錄入：</p><p><b>　　算法設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)習(xí)了圖的概念，包括點(diǎn)、弧、

18、有向圖、無向圖等等；學(xué)習(xí)了圖的存儲結(jié)構(gòu)，包括鄰接矩陣（數(shù)組表示法）、鄰接表、十字鏈表（有向圖）、鄰接多重表（無向圖）；還學(xué)習(xí)了圖的遍歷，包括深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索。最后決定使用鄰接多重表（無向圖）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　學(xué)習(xí)了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》教材上的最短路徑（包括單源最短路徑Dijkstra算法、每對頂點(diǎn)之間的最短路徑Floyd算法），其中Dijkstra算法用于求解固定起點(diǎn)到圖上任意點(diǎn)的最短路徑

19、；Floyd算法用于求解圖上任意兩點(diǎn)之間的最短路徑。很明顯，我們的軟件中，是求解固定起點(diǎn)到固定終點(diǎn)的最短路徑，無論用Dijkstra算法還是Floyd算法，復(fù)雜度都太高了。</p><p>　　在核心算法設(shè)計的選擇上仍然存在問題，Dijkstra算法和Floyd算法，用在我們的程序中復(fù)雜度都太高了，需要在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改良優(yōu)化。最后我們決定使用堆優(yōu)化的Dijkstra算法，Dijkstra算法每次選取一個點(diǎn)都需要進(jìn)

20、行比較，得到所有路徑中最短的一條路徑，使用堆比較算法，每次只選出堆頂這個最小的元素，這樣計算的復(fù)雜度會降低很多，Dijkstra算法的時間復(fù)雜度是O(n3)，堆優(yōu)化Dijkstra算法的時間復(fù)雜度是O(nlogn)。</p><p><b>　　圖形界面設(shè)計</b></p><p>　　4.1圖形界面初期架構(gòu)設(shè)計：</p><p>　　4.2圖

21、形界面的最終架構(gòu)以及結(jié)果輸出：</p><p><b>　　程序開發(fā)</b></p><p><b>　　5.1IDE</b></p><p>　　我安裝了MyEclipse，由于之前沒有接觸過這款編程軟件，學(xué)習(xí)了MyEclipse的一些相關(guān)操作，以及軟件的調(diào)試。</p><p><b>

22、　　5.2核心算法設(shè)計</b></p><p>　　完成了核心算法的模擬，能夠用控制臺正確輸出模擬數(shù)據(jù)的最短路徑。</p><p><b>　　5.3程序開發(fā)完成</b></p><p>　　花費(fèi)了兩周多的時間，按照之前的需求與設(shè)計，進(jìn)行了程序部分的編寫，完成程序的所有部分，實(shí)現(xiàn)了所有預(yù)期的功能，不過還存在一些問題有待測試。<

23、/p><p>　　個人遇到的困難與獲得的主要成就</p><p><b>　　開發(fā)環(huán)境的選擇</b></p><p>　　困難：初期，我們一致決定IDE使用MyEclipse。然而，在開發(fā)進(jìn)入中后期的時候，出現(xiàn)了一個我們難以解決的問題，就是數(shù)據(jù)庫與IDE的連接。我們花費(fèi)了幾個小時來解決數(shù)據(jù)庫的連接問題，最后在Netbeans上調(diào)試成功了。最終我們還

24、是使用了Netbeans作為程序開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　主要成果：雖然沒有成功的解決數(shù)據(jù)庫與MyEclipse的連接問題，不過通過更改IDE也未嘗不是解決問題的一種方法。我們由此學(xué)習(xí)到，IDE的選擇對于程序的開發(fā)也是尤為重要的。</p><p><b>　　2.數(shù)據(jù)庫的設(shè)計</b></p><p>　　我們率先將地鐵出行幫助軟件的主體分

25、為了數(shù)據(jù)庫、程序算法以及圖形界面，于是便順理成章的將工作重心放在了數(shù)據(jù)庫</p><p>　　困難：我們按照指導(dǎo)書上的要求粗略的設(shè)計了數(shù)據(jù)庫的屬性以及元組，不過在之后的算法開發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計在之后的算法中并不是非常適用，后來還進(jìn)行了非常多的修改。</p><p>　　主要成果：由此我們吸取了教訓(xùn)：在程序開發(fā)的過程中，不應(yīng)該急于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與開發(fā)。相反，先著手于程序的開發(fā)，根據(jù)

26、程序的需求對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的更改，可以省去不少的功夫，事半功倍。</p><p>　　3.程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計：</p><p>　　在對圖的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)后，學(xué)習(xí)了圖的概念，包括點(diǎn)、弧、有向圖、無向圖等等；學(xué)習(xí)了圖的存儲結(jié)構(gòu)，包括①鄰接矩陣（數(shù)組表示法）、②鄰接表、③十字鏈表（有向圖）、④鄰接多重表（無向圖）；還學(xué)習(xí)了圖的遍歷，包括深度優(yōu)先搜索和廣度優(yōu)先搜索。初期決定使用鄰接多重表（

27、無向圖）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　困難：在決定使用鄰接多重表作為我們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，我們發(fā)現(xiàn)這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)顯得過于復(fù)雜，超出了該軟件的使用范疇；并且，鄰接多重表的實(shí)現(xiàn)也比較復(fù)雜，之后的使用我們可能也難以駕馭，最后還是決定使用較為簡單的鄰接表作為我們圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　主要成果：鄰接表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相比鄰接多重表的實(shí)現(xiàn)來的簡單得多，簡化了不少程序開發(fā)的工作，加快了不少

28、進(jìn)度。讓我們學(xué)習(xí)到在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選取環(huán)節(jié)上需要慎重的選擇，不要好高騖遠(yuǎn)選擇實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可能并不適合這個程序開發(fā)。</p><p>　　4.程序核心算法的選擇：</p><p>　　學(xué)習(xí)了《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》教材上的最短路徑（包括單源最短路徑Dijkstra算法、每對頂點(diǎn)之間的最短路徑Floyd算法），其中Dijkstra算法用于求解固定起點(diǎn)到圖上任意點(diǎn)的最短路徑；Floyd算法用于

29、求解圖上任意兩點(diǎn)之間的最短路徑。很明顯，我們的軟件中，是求解固定起點(diǎn)到固定終點(diǎn)的最短路徑，無論用Dijkstra算法還是Floyd算法，復(fù)雜度都太高了。</p><p>　　困難：在經(jīng)過多番查找資料和討論之后，我們選擇使用堆優(yōu)化的Dijkstra算法。在Dijkstra算法基礎(chǔ)上進(jìn)行改良優(yōu)化，Dijkstra算法每次選取一個點(diǎn)都需要進(jìn)行比較，選出所有路徑中最短的一條路徑，使用堆比較算法，每次只需選出堆頂這個最小的

30、元素，這樣計算的復(fù)雜度就會大大的降低。</p><p>　　主要成果：Dijkstra算法的時間復(fù)雜度是O(n3)，而堆優(yōu)化Dijkstra算法的時間復(fù)雜度是O((m+n)logn)。</p><p>　　堆優(yōu)化的Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　1. 將與源點(diǎn)相連的點(diǎn)加入堆，并調(diào)整堆。</p><p>　　2. 選出堆頂元素u

31、（即代價最小的元素），從堆中刪除，并對堆進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　3. 處理與u相鄰的，未被訪問過的，滿足三角不等式的頂點(diǎn)</p><p>　　1):若該點(diǎn)在堆里，更新距離，并調(diào)整該元素在堆中的位置。</p><p>　　2):若該點(diǎn)不在堆里，加入堆，更新堆。</p><p>　　4. 若取到的u為終點(diǎn)，結(jié)束算法；否則重復(fù)步驟2、3。&

32、lt;/p><p>　　程序核心算法的設(shè)計：</p><p>　　5.1我們先自己對點(diǎn)結(jié)點(diǎn)、邊結(jié)點(diǎn)、圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容進(jìn)行了假設(shè)錄入，補(bǔ)出了圖的簡單的臨時數(shù)據(jù)，為了能夠先在控制臺測試算法的正確性。</p><p>　　困難：對于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造中，需要對圖中所有點(diǎn)結(jié)點(diǎn)和邊結(jié)點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)造，但是點(diǎn)結(jié)點(diǎn)和邊結(jié)點(diǎn)有指向下一個結(jié)點(diǎn)的指針引用，因此不能一次性對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行

33、構(gòu)造。</p><p>　　主要成果：需要先對引用以外的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行構(gòu)造，然后再對引用賦值，表示出圖的完整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這在我們之后的構(gòu)造函數(shù)設(shè)計中同樣有用。</p><p>　　5.2完成了核心算法的模擬，能夠用控制臺正確輸出模擬數(shù)據(jù)的最短路徑，最后確定問題是在MinHeap()類的swap()方法中，由于JAVA中對象之間的賦值就是引用的賦值，因此進(jìn)行值的修改時會出現(xiàn)錯誤，最后去掉了swa

34、p方法，直接在Remove()方法中給出了對換堆元素的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　困難：計算出的最短路徑出現(xiàn)問題，擴(kuò)展結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)錯誤，問題初步推斷出現(xiàn)在最小堆的部分。</p><p>　　主要成果：最后確定問題是在MinHeap()類的swap()方法中，由于JAVA中對象之間的賦值就是引用的賦值，因此進(jìn)行值的修改時會出現(xiàn)錯誤，最后去掉了swap方法，直接在Remove()方法中給出了對換堆

35、元素的實(shí)現(xiàn)，正確輸出模擬數(shù)據(jù)的最短路徑。</p><p>　　加入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)之后的出行方案文本顯示：</p><p>　　6.圖形界面開發(fā)的設(shè)計：</p><p>　　困難：我們組中沒有用JAVA圖形界面編程的經(jīng)歷，因此從頭開始學(xué)習(xí)了圖形界面。一開始提出了界面的大致構(gòu)想，用html繪制了出來：</p><p>　　不過在后面的開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)

36、實(shí)現(xiàn)這樣的圖形界面，需要較為復(fù)雜的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，用JAVA SWT繪制完成是較為困難的。</p><p>　　主要成果：在經(jīng)過多番的學(xué)習(xí)之后，最終完成了較為友好的圖形界面，首先將圖形界面用BorderLayout分為了三個部分；左下角的部分比較復(fù)雜，希望實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的功能，于是又用GridLayout將其分成了2個部分；最后再用GridLayout窗格布局將各種組件插入了圖形界面中，完成了圖形界面的布局。<

37、;/p><p>　　另外我們還對圖片進(jìn)行了許多美工的處理，修改了界面左上角的圖標(biāo)以及標(biāo)題，使得最后的圖形界面比較接近我們理想的狀態(tài)。</p><p><b>　　測試與運(yùn)行記錄</b></p><p>　　課程設(shè)計完成結(jié)果分析與個人小結(jié)</p><p>　　為期十周的軟件工程課程設(shè)計終于接近了尾聲，我們的工作也都進(jìn)入了收尾的

38、工作。</p><p>　　就程序開發(fā)的過程而言，我認(rèn)為我們小組的效益和分工是非常不錯的。我們每周都會例行會議，作為組長，我每周都會針對每一位組員的能力以及長處進(jìn)行工作的分配。我們的程序條理較為清晰，大致分為數(shù)據(jù)庫部分、程序算法部分以及圖形界面部分，每人都有自己負(fù)責(zé)的部分，每周的報告大家也都認(rèn)真的完成，每周的工作都在有條不紊、循序漸進(jìn)的進(jìn)行著。</p><p>　　當(dāng)然，我們在開發(fā)過程中也

39、遇到了不少的問題，數(shù)據(jù)庫與IDE的連接問題、算法的輸出錯誤以及圖形界面輸出路線無法調(diào)節(jié)粗細(xì)等等，不過經(jīng)過大家的努力，這些問題也都一一解決了。</p><p>　　就結(jié)果而言，我們的程序的完成度是比較高的，至少是比我們預(yù)期的效果要好很多。首先，非常好的實(shí)現(xiàn)了指導(dǎo)書上要求的所有功能，用戶可以選擇起始站點(diǎn)和終點(diǎn)站點(diǎn)，可以選擇較快捷、少換乘、最優(yōu)三種乘車方案，同時程序會根據(jù)系統(tǒng)時間來判斷當(dāng)前是否是高峰時間，程序也會因此從

40、數(shù)據(jù)庫中調(diào)取不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，之后程序會根據(jù)算法計算出最短路徑，通過文本輸出出行建議路線，同時還會在地鐵圖上高亮顯示出建議的路線，這些都會顯示在圖形界面上。其次，我們在算法的選擇與設(shè)計上下了一些功夫，我們最后使用的是堆優(yōu)化的Dijistra算法，普通Dijkstra算法的時間復(fù)雜度是O(n3)，而堆優(yōu)化Dijkstra算法的時間復(fù)雜度是O(nlogn)，大大的降低了算法的時間復(fù)雜度，加快了程序執(zhí)行的速度。最后，我們在圖形界面布局方面也

41、下了一些功夫，使得圖形界面比較友好，指導(dǎo)書要求使用文本框進(jìn)行輸入和輸出，而我們將這些部分都融入了圖形界面當(dāng)中，使軟件更加一體化，其中插入的圖片資源我們也都進(jìn)行了處理，提升了界面的友好性和美觀性。</p><p>　　就我個人而言，我在這次的軟工課設(shè)中受益匪淺，作為組長，程序開發(fā)的每一個部分我?guī)缀醵加薪?jīng)手，主要完成了程序的核心算法以及圖形界面的設(shè)計。這是我第一次使用JAVA語言進(jìn)行較大程序的編程，可以說對我編程能力

42、的提升是非常巨大的，尤其是SWT界面編程方面。幾周以來，寫了許多的報告，也讓我更加了解了開發(fā)一個大型程序時，應(yīng)該從哪里入手，如何規(guī)劃。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　軟件配置：</b></p><p>　　SQL Server 12、NetBeans IDE 7.2</p>

43、;<p>　　個人完成的程序模塊：</p><p>　　數(shù)據(jù)庫與程序接口部分代碼設(shè)計、程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代碼設(shè)計、程序核心算法代碼設(shè)計、程序圖形界面代碼設(shè)計。</p><p><b>　　文檔清單：</b></p><p><b>　　項(xiàng)目開發(fā)計劃</b></p><p>　　系統(tǒng)分析與設(shè)計

44、文檔：</p><p><b>　　軟件需求說明書</b></p><p><b>　　概要設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　詳細(xì)設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　測試分析報告</b></p><p>&