Warning! This is the 2012 course's website! You probably want the current course website.

Laboration 4. Vägen är målet

Er uppgift är att implementera en tjänst liknande Västtrafiks reseplanerare. Ert program har tillgång till ett busslinjenät och har till uppgift att beräkna kortaste restiden mellan två givna hållplatser i detta nät. Man räknar ut restiden genom att addera färdtiderna mellan hållplatserna på den snabbaste resvägen.

Busslinjenätet beskrivs i två filer vars format ges nedan. Ert program ska läsa in dessa filer och skapa en riktad graf för detta linjenät.

Vidare ska ni implementera gränssnittet Path med hjälp av Dijkstras algoritm för kortaste vägen. Gränssnittet innehåller metoderna computePath som beräknar snabbaste vägen mellan två noder i en graf, getPath som returnerar en iterator med namn på noderna på vägen och getPathLength som returnerar restiden längs vägen.

Hjälpfiler

För att underlätta arbetet får ni ett paket med funktioner för att läsa in busslinjeinformation, ett enkelt användargränssnitt (GUI) och en klass ni kan använda för att rita busslinjenätet och snabbaste vägar. Paketet heter Lab4Help och finns nedan som jar-fil. Packa inte upp den utan lägg den i er CLASSPATH.

Gränssnittet Path (javadoc, Path.java) ska ni implementera.
Hjälppaketet Lab4Help (javadoc, Lab4Help.jar).
Testpaketet (testing.jar) lärde ni känna redan i lab 2.

Följande grafer med hållplatsinformation (noder) och linjeinformation (bågar) kan användas för att testa er implementation:

stops-air.txt och lines-air.txt är en liten graf med flyglinjer från en tidigare kursbok.
stops-gbg.txt och lines-gbg.txt är en graf med hållplatser och linjer i Göteborg.
stops-bvs.txt och lines-bvs.txt är en stor graf med hållplatser och linjer som ni kan använda för testning av effektiviteten av er lösning.

Alla filer ovan finns samlade i ett zip-arkiv.

Filformat för busslinjenätet

Nedan följer en beskrivning av filformatet för busslinjenätet. För att ni skall slippa skriva inläsningkod för dessa filer finns det två publika metoder i hjälppaketet Lab4Help. Dessa returnerar innehållet i de två filer som nämns nedan.

Filerna för busslinjenätet har följande struktur. Den första filen innehåller information om hållplatserna i nätet.

  Angered               750    1000
  AxelDahlströmsTorg    200      70
  Biskopsgården          50     950
  ...
  WavrinskisPlats       450     150
  ÖstraSjukhuset       1000     800

För varje hållplats finns förutom namnet också hållplatsens koordinater (heltal mellan 0 och 1000). Koordinaterna skall användas för att rita en karta över busslinjenätet och den snabbaste vägen. Denna fil läses in med metoden readStops i klassen Lab4File som finns i hjälppaketet Lab4Help). Metoden returnerar en lista innehållande element av typen BStop. Ett BStop-objekt representerar en hållplats och innehåller dess namn samt dess koordinater. Dessa klasser finns beskrivna i Lab4File-dokumentationen.

Nästa fil innehåller en beskrivning av de olika busslinjerna:

  60   17
  Redbergsplatsen		
  Kärralundsgatan       6
  Ullevi                5
  Centralstationen      3
  ...
  Redbergsplatsen       6

  34   13
  ÖstraSjukhuset		
  Härlanda             12
  Redbergsplatsen       2
  Olskrokstorget        1
  ...
  ÖstraSjukhuset       12

Först kommer linjenumret, sedan följer antalet hållplatser och slutligen listan över vilka hållplatser som ingår i linjen och den tid som det tar mellan hållplatserna.

Denna fil läses in med metoden readLines i Lab4File, som returnerar en lista med BLineTable. Varje BLineTable representerar information om en linje och innehåller linjens nummer samt de hållplatser som ingår i linjen. Dessa hållplatser representeras av objekt av typen BLineStop, som innehåller hållplatsens namn samt den tid det tar att ta sig till hållplatsen från hållplatsen före. Dessa klasser finns beskrivna i Lab4File-dokumentationen.

Grafrepresentation, programstruktur m.m.

Grafen

Ni skall att använda grannlistor ("adjacency lists") för att representera er graf. Er implementation ska ha tidskomplexiteten O(N log N) eller bättre, där N = |E|+|V| är antalet bågar plus antalet noder. Därför är det viktigt att ni använder en effektiv prioritetskö för att implementera Dijkstra-algoritmens mängd V–S.

Ni får använda Javas standardpaket om ni vill, t ex är HashMap lämplig att använda för att slå upp strängar.

Programstruktur

Tänk på att separara huvudprogrammet från implementeringen av gränssnittet Path. Utskrift och eventuell grafik ska göras i huvudprogrammet! Det räcker om huvudprogrammet skriver ut listan av hållplatser på den funna vägen.

Separera implementeringen av grafen med dess grundläggande metoder från implementeringen av Dijkstras algoritm!

Tips: börja med ett skelett!

Ett tips i all välmening är att börja med ett enkelt skelett för er implementation av Path. Detta skelett gör absolut ingenting, men får inte heller misslyckas:

konstruerarna gör ingenting alls,
getPathLength() kan returnera ett valfritt värde,
computePath() behöver bara spara de två hållplatserna, så att
getPath() kan returnera just de två hållplatserna.

Med denna uppenbart felaktiga implementation, kan ni göra ett huvudprogram som går att kompilera och köra. Se längst ner på denna sida för tips på hur huvudprogrammet ska kunna bete sig.

Användargränssnitt (GUI)

I Lab4Help-paketet finns det också ett enkelt GUI Lab4Frame som ni kan använda till er lab. Detta gränssnitt ger användaren möjlighet att välja avrese- och sluthållplats. Vidare innehåller det också en JTextArea, i vilken programmet kan skriva ut information om snabbaste vägen. Metoderna i Lab4Frame finns beskrivna i dokumentationen.

bild på huvudprogram

Grafisk representation av kartan

För att rita en karta över alla busslinjerna och den snabbaste vägen kan ni använda BusMapFrame. För er egen skull bör er lösning kunna rita ut hela kartan och den snabbaste vägen mellan de två givna hållplatserna. Hur ni använder BusMapFrame finns beskrivet i dokumentationen till Lab4Help-paketet.

bild över linjenät

Testning

Det är lämpligt att ni först testar ert program på några små grafer (t.ex. lines/stops-air.txt) innan ni försöker med de stora graferna.

Ni måste testa er lösning för att se om ni får rätt resultat. Ni kan göra detta genom att själva beräkna bästa vägen i en graf, och sedan låta ert program göra samma sak. Ni kan använda de tre graferna givna ovan, eller skriva egna.

Testprogram

Precis som i lab 2 finns det ett testprogram (testing.jar) som ni kan använda för att se om ert program ger rätt resultat för en graf. I båda fallen testas er implementation av gränssnittet Path. Tänk på att computePath kommer att anropas flera gånger efter att konstruktorn har anropats.

För denna lab finns det två testgeneratorer:

Lab4FileTest tar filer med stop och linjer och testar från alla noder till alla noder i grafen.
Lab4GenTest testar med genererade grafer.

Spara testprogrammet i samma katalog som ni har er kompilerade java-kod (dvs .class-filerna). Starta sedan en terminal och i samma katalog kör:

  java -ea -jar testing.jar lab4test.Lab4FileTest "MyPath stops-gbg.txt lines-gbg.txt"
  java -ea -jar testing.jar lab4test.Lab4GenTest "MyPath"

Ni bör testa alla exempelgrafer från labbeskrivningen, och några miljoner av de genererade graferna.

Om testprogrammet verkar hänga sig (ger inga utskrifter) så har ni antagligen en oändlig loop i ert program. Kör då istället:

  java -ea -jar testing.jar -v 5 lab4test...

Det sista testfallet är då det fall som programmet hänger sig för.

Andra sätt att använda programmet

Det finns ett flertal flaggor som kan användas. För att se dem, kör:

  java -ea -jar testing.jar --help
  java -ea -jar testing.jar lab4test.Lab4FileTest "MyPath --help"
  java -ea -jar testing.jar lab4test.Lab4GenTest "MyPath --help"

Inlämning

Skicka in dokumentation, de klasser som ni har skrivit, och andra relevanta filer (t ex egna grafer), inklusive Path.java.

Skicka inte med testing.jar, Lab4Help.jar, eller någon av graferna ovan. De är separata resurser.

Era inlämningar måste följa de vanliga lab-instruktionerna och måste dessutom innehålla följande:

En klass som implementerar gränssnittet Path. Er implementation av computePath ska ha den ovan angivna tidskomplexiteten för Dijkstras algoritm, och bör vara testad med testprogrammet ovan.
Ett huvudprogram som beräknar snabbaste vägen mellan två hållplatser, talar om vilka hållplatser som ligger längs denna väg, samt längden på den snabbaste vägen. Nedan kallar vi huvudprogrammet för FindBusRoute.java.
Ni får själva bestämma om ni vill använda det givna användargränssnittet och kartritaren. Om ni använder det grafiska gränssnittet ska användaren ge två argument till programmet – hållplatsfilen och linjefilen:
```
  java -ea FindBusRoute stops-gbg.txt lines-gbg.txt
```
Om ni inte använder det givna användargränssnittet (eller motsvarande) skall användaren kunna ge fyra argument till programmet: de två filerna, och start- och sluthållplats:
```
  java -ea FindBusRoute stops-gbg.txt lines-gbg.txt Hagakyrkan Mariaplan
```
Programmet ska då åtminstone skriva ut listan av hållplatser längs den funna vägen:
```
  Hagakyrkan
  Järntorget
  Stigbergstorget
  Mariaplan
```

DIT960 | LP4 | VT2012 Datastrukturer DV[an error occurred while processing this directive]: Lab 4