Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 51
Содержание
1 Анализ исходных данных и разработка ТЗ 1.1 Основание и назначение разработки 1.2 Постановка задачи в предметной области. Разработка математической модели 1.3 Выбор и обоснование основного алгоритма решения задачи 1.4 Требования к функциональным характеристикам программы 2 Руководство пользователя 2.1 Назначение программы 2.2 Минимальные требования к составу и параметрам технических средств 2.3 Минимальные требования к информационной и программной совместимости 2.4 Функциональная схема 2.5 Интерфейс пользователя 3 Руководство программиста 3.1 Логические модели. Блок-схемы алгоритмов 3.2 Тестовый пример Использованные источники Приложение 1 Анализ исходных данных и разработка ТЗ
1.1 Основание и назначение разработки
Данная разработка представляет собой модель схемы метро, построенную на основе взвешенного неориентированного графа. Она позволяет находить путь от одной станции к другой через промежуточные. Основанием данной разработки является выполнение курсовой работы. Назначение разработки: • закрепить и углубить теоретические знания и практические навыки, связанные с программированием в среде Visual Prolog Personal Edition 5.2; • получить навыки в составлении текстовой конструкторской документации в соответствии с существующими стандартами. 1.2 Постановка задачи в предметной области. Разработка математической модели задачи
Математической моделью задачи является неориентированный граф. В качестве вершин графа выступают станции, а в качестве ребер – линии метро. Также с помощью математической модели вводятся следующие понятия: 1.Начальная станция – заданная вершина графа; 2.Конечная станция – одна из вершин графа; 3.Промежуточная станция – одна из вершин графа; 4.Кольцевая линия – замкнутая линия метро; 5.Пересадка – вершина графа из которой выходят более двух ребер; 6.Линия метро–ребро графа. 1.3 Выбор и обоснование основного алгоритма решения задачи
Существуют следующие алгоритмы нахождения пути в неориентированном графе: А)Полный нециклический перебор: Алгоритмом нахождения пути в данной курсовой работе является метод полного нециклического перебора. Маршрут S(l0, l1, l2,…, ln) имеет не определенное число вершин. Каждый элемент liV, где V множество вершин графа. Множество кандидатов в li т.е. Si есть множество вершин соединенных ребрами с вершиной li-1. Было бы не целесообразно искать путь из одной точки в другую, как маршрут возможно содержащий циклы. Кроме практической непригодности данного решения, возникает проблема не ограниченности числа вершин в маршруте. Поэтому, для исключения циклов, на кандидатов в li вводится дополнительное ограничение: li. l1, li. l2,…, li. li-1 т.е. ни одна вершина не должна встречаться в маршруте более одного раза. Описанный выше алгоритм нахождения пути наиболее прост в реализации на языке Prolog, так как он наиболее близок к процедуре доказательства истинности целей, которая осуществляется путем полного перебора по базе фактов и правил. (см. Математические модели информационных процессов и управления) Если существует несколько оптимальных маршрутов, то выбирается только один из них. Б) Последовательный перебор(Метод полного перебора): В самом общем случае полагают, что решение состоит из вектора (a1, a2,…, an), конечной, но неопределенной длины, удовлетворяющего определенным ограничениям. Каждое аiAi, где Ai конечное упорядоченное множество. В качестве исходного частичного решения примем пустой вектор () и на основе имеющихся ограничений выясним, какие элементы из А1 являются кандидатами в а1. Обозначим это подмножество кандидатов через S1A1. В результате имеем частичное решение (a1). В общем случае для расширения частичного решения (a1,a2,…,ak-1) до (a1,a2,…, ak-1, ak) кандидаты на роль аk выбираются из SkAk. Если частичное решение (a1, a2,…, ak-1) не позволяет выбрать аk то Sk =; возвращаемся и выбираем новый элемент ak-1. В) Перебор на основе заданного количества элементов в комбинациях. Аналогично полному перебору, только с ограничениями по количеству элементов. Рассомтренную задачу можно решить с помощью двух алгоритмов: 1)Найти все возможные пути маршрута, составить список из количесва остановок и в этом списке выбрать минимальное значение; 2)В ходе поиска маршрута проверять на минимальные значения остановки и при этом рассматривать список необходимых пересадок как подсписок найденного решения. Мы используем этот метод, так как он более удбен для риализации в среде Visual Prolog. В данной работе я рассмотрел частный случай схемы метро(без перегонов). 1.4 Требования к функциональным характеристикам программы
Пользователь вводит станции: начальный пункт, промежуточные и конечный пункт. Программа должна обеспечивать поиск пути от одной станции к другой через промежуточные станции. 2 Руководство пользователя
2.1 Назначение программы
Программа позволяет найти маршрут между двумя станциями в метро с проездом через заданные станции. При этом выбирается маршрут с минимальным числом остановок. 2.2 Минимальные требования программы к составу и параметрам технических средств
Минимальные требования программы к составу и параметрам технических средств в основном определяются требованиями операционной системы, а так как для работы программы необходима ОС Windows 95(или выше), то предъявляются следующие минимальные требования: • Процессор 486/66; • 16Мб оперативной памяти; • Видеоадаптер SVGA; • SVGA монитор; • Дисковое пространство не менее 10 MB. Мышь, клавиатура. 2.3 Минимальные требования к информационной и програмной совместимости
• На компьютере должна быть установлена операционная система Windows 95/ NT 4.0 или более поздняя версия; • Для запуска программы на языке Prolog необходим Visual Prolog v. 5.2 Personal Edition или выше. • Система должна поддерживать национальные шрифты (кириллицу). 2.4 Функциональная схема программы
Рис. 1 Открываем Visual Prolog в самой программе находим закладку “Open”, через неё раскрываем файл маршрут.pro После запуска маршрут.pro появится окно с вопросом: ‘Введите начальную станцию =a’ Указываете начальный пункт(например, «a»). Нажимаете «Enter» ‘ Введите конечную станцию = g’ Указываете конечный пункт назначения(«g»). Нажимаете «Enter» ‘Сколько вы хотите ввести количество промежуточных станций=2’ Указываете промежуточные станции с и j. Нажимаете «Enter» После обработки входных данных появится ‘Путь: ["a","s","n","c","j","f","g"] Число остановок: 7 yes’ «Путь» показывает оптимальный маршрут с наименьшим количеством пересадок. Если на экране появится надпись «no», значит неправильно введено название станции или невозможно найти оптимальный маршрут, не проезжая через какую-либо станцию дважды. 3 Руководство программиста
3.1 Логические модели. Блок-схемы алгоритмов
Описание станций линий метро линия(линия_1,[a,s,d,f,g]). линия(линия_2,[l,k,d,j,h]). линия(линия_3,[z,x,d,c,v]). линия(линия_4,[b,n,d,m,q]). линия(линия_5,[c,j,f,m,x,k,s,n,c]). Далее определяеться принадлежность станции к линии. Т.е. станция принадлежит списку (линии), если она являеться головой этого списка; станция принадлежит списку, если она находиться в хвосте. принадлежит(Станция,[Станция|_]). принадлежит(Станция,[_|Хвост]):- принадлежит(Станция,Хвост). Аналогично производиться проверка двух станций на соседство в списке. соседние(Станция1,Станция2,[Станция1,Станция2|_]). соседние(Станция1,Станция2,[_|Хвост]):- соседние(Станция1,Станция2,Хвост). Ненаправленность графа обеспечивается в поиске смежных станций, т.е. находим ветвь Станция1, Станция2 или Станция2, Станция1. смежные_станции(Станция1,Станция2,Линия):- линия(Линия,Список),принадлежит(Станция1,Список), принадлежит(Станция2,Список), соседние(Станция1,Станция2,Список); линия(Линия,Список), принадлежит(Станция1,Список), принадлежит(Станция2,Список), соседние(Станция2,Станция1,Список). Пересадка с линии1 на линию 2 возможна, когда станция принадлежит обеим линиям. пересадка(Станция,Линия1,Линия2):- линия(Линия1,Список1), линия (Линия2, Список2), принадлежит(Станция,Список1),принадлежит(Станция,Список2), Линия1<>Линия2. Осуществляем поиск возможного пути от начальной станции к конечной. маршрут(Станция,Станция,[Станция],1,Линия,_) :- линия(Линия,Список),принадлежит(Станция,Список). % путь с пересадкой маршрут(Начало,Конец,[Начало,Начало2|Хвост],Остановки1,Линия,История) :- линия(Линия,Список),линия(Новая_Линия,Новый_Список), принадлежит(Начало,Список),принадлежит(Начало2,Новый_Список), пересадка(Начало,Линия,Новая_Линия),Линия<>Новая_Линия, смежные_станции(Начало,Начало2,_), not(принадлежит(Начало2,История)), маршрут(Начало2,Конец,[Начало2|Хвост],Остановки2,Новая_Линия, [Начало2|История]), Остановки1=Остановки2+1. % путь без пересадки маршрут(Начало,Конец,[Начало,Начало2|Хвост] ,Остановки1, Линия, История) :- линия(Линия,Список),линия(Новая_Линия,Новый_Список), принадлежит(Начало,Список),принадлежит(Начало2,Новый_Список), Линия=Новая_Линия,смежные_станции(Начало,Начало2,_), not(принадлежит(Начало2,История)), маршрут(Начало2, Конец, [Начало2|Хвост], Остановки2, Линия, [Начало2|История]), Остановки1 = Остановки2 + 1. /* осуществляется поиск пути через заданную остановку*/ через_станцию(Начало,Конец,Пром,Ost,List):-маршрут(Начало,Конец,List,Ost,_,[Начало]),принадлежит(Пром,List). 3.2 Тестовый пример
Из схемы метро(см.приложение А) выбираем начальную и конечную станции, а так же вводим промежуточные через которые нам надо проехать.Запускаем программу. Вводим соответствующие названия станций Например: нач-a,кон-g, пром-с,j. После обработки данных программа выводит на экран маршрут проезда, в виде списка станций, через которые следует ехать, и количество остановок в пути. Список использованных источников
1. Братко И. Программирование на языке Prolog для искусственного интеллекта – Мир - Москва ,1990. 2. Малпас Дж. Реляционный язык Prolog и его применение – Наука - Москва, 1990. 3. Математические модели информационных процессов и управления Сост.: С.И. Беляева и др. - Нижний Новгород, 1991. Приложение
Код программы /*ПРОЕЗД В МЕТРО ЧЕРЕЗ ЗАДАННЫЕ ОСТАНОВКИ*/ DOMAINS список=symbol* список1=integer* PREDICATES nondeterm линия(symbol,список) nondeterm мин_1(integer,список1) nondeterm минимальное(integer,список1) nondeterm принадлежит(symbol,список) nondeterm соседние(symbol,symbol,список) nondeterm смежные_станции(symbol,symbol,symbol) nondeterm пересадка(symbol,symbol,symbol) nondeterm маршрут(symbol,symbol,список,integer,symbol,список) nondeterm через_станцию(symbol,symbol,symbol,integer,список) nondeterm поиск nondeterm stations(symbol,symbol,список,integer,список) nondeterm includ(список,список) nondeterm vvod(integer,список,список) nondeterm vvod1(integer,список) nondeterm vvod2(integer) nondeterm digit(string,integer) CLAUSES /* ОПИИСАНИЕ ЛИНИЙ */ линия(линия_1,[a,s,d,f,g]). линия(линия_2,[l,k,d,j,h]). линия(линия_3,[z,x,d,c,v]). линия(линия_4,[b,n,d,m,q]). линия(линия_5,[c,j,f,m,x,k,s,n,c]). /* ПОИСК МИНИМАЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА В СПИСКЕ ЦЕЛЫХ ЧИСЕЛ */ мин_1(_,[]). мин_1(Мин,[X|Хвост]):- Мин<=X, мин_1(Мин,Хвост). минимальное(Мин,[X|Хвост]):- Мин=X,мин_1(Мин,Хвост); минимальное(Мин,Хвост). /* ПРОВЕРКА НА ПРИНАДЛЕЖНОСТЬ СТАНЦИИ СПИСКУ */ принадлежит(Станция,[Станция|_]). принадлежит(Станция,[_|Хвост]):- принадлежит(Станция,Хвост). /*ПРОВЕРКА ДВУХ СТАНЦИЙ НА СОСЕДСТВО В СПИСКЕ */ соседние(Станция1,Станция2,[Станция1,Станция2|_]). соседние(Станция1,Станция2,[_|Хвост]):- соседние(Станция1,Станция2,Хвост). /* СМЕЖНЫЕ СТАНЦИИ */ смежные_станции(Станция1,Станция2,Линия):- линия(Линия,Список),принадлежит(Станция1,Список), принадлежит(Станция2,Список), соседние(Станция1,Станция2,Список); линия(Линия,Список), принадлежит(Станция1,Список), принадлежит(Станция2,Список), соседние(Станция2,Станция1,Список). /* ВОЗМОЖНОСТЬ ПЕРЕСАДКИ */ пересадка(Станция,Линия1,Линия2):- линия(Линия1,Список1), линия(Линия2,Список2), принадлежит(Станция,Список1),принадлежит(Станция,Список2),Линия1<>Линия2. /* ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПОИСК ПУТИ */ маршрут(Станция,Станция,[Станция],1,Линия,_) :- линия(Линия,Список),принадлежит(Станция,Список). % путь с пересадкой маршрут(Начало,Конец,[Начало,Начало2|Хвост],Остановки1,Линия,История) :- линия(Линия,Список),линия(Новая_Линия,Новый_Список), принадлежит(Начало,Список),принадлежит(Начало2,Новый_Список), пересадка(Начало,Линия,Новая_Линия),Линия<>Новая_Линия, смежные_станции(Начало,Начало2,_), not(принадлежит(Начало2,История)), маршрут(Начало2,Конец,[Начало2|Хвост],Остановки2,Новая_Линия,[Начало2|История]), Остановки1=Остановки2+1. % путь без пересадки маршрут(Начало,Конец,[Начало,Начало2|Хвост],Остановки1,Линия,История) :- линия(Линия,Список),линия(Новая_Линия,Новый_Список), принадлежит(Начало,Список),принадлежит(Начало2,Новый_Список), Линия=Новая_Линия,смежные_станции(Начало,Начало2,_), not(принадлежит(Начало2,История)), маршрут(Начало2,Конец,[Начало2|Хвост],Остановки2,Линия,[Начало2|История]), Остановки1 = Остановки2 + 1. /* осуществляется поиск пути через заданную остановку*/ через_станцию(Начало,Конец,Пром,Ost,List):-маршрут(Начало,Конец,List,Ost,_,[Начало]),принадлежит(Пром,List). поиск:-write("Выбор маршрута в метро c проездом через заданные остановки"),nl, write("Схему метро смотрите в Приложении А пояснительной записки"),nl,nl, write("Введите начальнаую станцию = "),readln(Начало), write("Введите конечную станцию = "),readln(Конец), vvod1(_,Prom), findall(Остановки,stations(Начало,Конец,Prom,Остановки,List),Ost_Список), минимальное(Остановки,Ost_Список), stations(Начало,Конец,Prom,Остановки,List), %через_станцию(Начало,Конец,Пром,Остановки,List), write("\nПуть: ",List,"\nЧисло остановок: ", Остановки),nl. stations(Начало,Конец,Пром,Ost,List):-маршрут(Начало,Конец,List,Ost,_,[Начало]), includ(Пром,List). %проверка, чтобы элемента из списка1 входили в список2 includ([X],List):-принадлежит(X,List). includ([X|List1],List):-принадлежит(X,List),includ(List1,List). vvod(1,List,List1):-write("Введите последнюю промежуточную станцию: "), readln(Str),not(принадлежит(Str,List1)),List=[Str],!. vvod(N,List,List1):-N>1,write("Введите промежуточную станцию: "), readln(Nomer), not(принадлежит(Nomer,List1)),N1=N-1, vvod(N1,List2,[Nomer|List1]),List=[Nomer|List2],!; write("Станция с таким названием уже была введена"),nl,vvod(N,List,List1). digit(Str,Digit):- str_int(Str,Digit). vvod2(N):-write("Сколько вы хотите ввести промежуточных станций: "),nl, readln(Str),digit(Str,N),!; write("Была введена не цифра. Повторите ввод"),nl,vvod2(N). vvod1(N,List):-vvod2(N),vvod(N,List,[]). GOAL
|