java mysql 公交车换乘查询算法_公交车路线查询系统后台数据库设计--换乘算法改进与优化...

公交车路线查询系统后台数据库设计系列文章数据库下载(该数据库已经输入了广州市350条公交车路线作为测试数据)在《查询算法》一文中已经实现了换乘算法，但是，使用存储过程InquiryT2查询从“东圃镇”到“车陂路口”的乘车路线时，发现居然用了5分钟才查找出结果，这样的效率显然不适合实际应用。因此，有必要对原有的换乘算法进行优化和改进。在本文中，将给出一种改进的换乘算法，相比原有的算法，改进后的算法功

呵吁

849人浏览 · 2021-01-19 17:45:05

呵吁 · 2021-01-19 17:45:05 发布

公交车路线查询系统后台数据库设计系列文章

数据库下载(该数据库已经输入了广州市350条公交车路线作为测试数据)

在《查询算法》一文中已经实现了换乘算法，但是，使用存储过程InquiryT2查询从“东圃镇”到“车陂路口”的乘车路线时，发现居然用了5分钟才查找出结果，这样的效率显然不适合实际应用。因此，有必要对原有的换乘算法进行优化和改进。在本文中，将给出一种改进的换乘算法，相比原有的算法，改进后的算法功能更强，效率更优。

1.“压缩”RouteT0

假设RouteT0有以下几行

如下图所示，当查询S1到S4的二次换乘路线时，将会产生3×2×4=24个结果

从图中可以看出，第1段路线中的3条线路的起点和站点都相同(第2、3段路线也是如此)，事实上，换乘查询中关心的是两个站点之间有无线路可通，而不关心是乘坐什么路线，因此，可以将RouteT0压缩为：

如下图所示，压缩后，查询结果有原来的24条合并1组

查询结果为：

那么，为什么要对视图RouteT0进行压缩呢，原因如下：

(1)RouteT0是原有换乘算法频繁使用的视图，因此，RouteT0的数据量直接影响到查询的效率，压缩RouteT0可以减少RouteT0的数据量，加速查询效率。

(2)压缩RouteT0后，将中转站点相同的路线合并为1组，加速了对结果集排序的速度。

2.视图GRouteT0

在数据库中，将使用GRouteT0来描述压缩的RouteT0，由于本文使用的数据库的关系图与《查询算法》中有所不同，在给出GRouteT0的代码前，先说明一下：

主要的改变是Stop_Route使用了整数型的RouteKey和StopKey引用Route和Stop，而不是用路线名和站点名。

GRouteT0定义如下： create viewGRouteT0

selectStartStopKey,

EndStopKey,

min(StopCount) asMinStopCount,

max(StopCount) asMaxStopCount

fromRouteT0

group byStartStopKey,EndStopKey

注意，视图GRouteT0不仅有StartStopKey和EndStopKey列，还有MinStopCount列，MinStopCount是指从StartStop到EndStop的最短线路的站点数。例如：上述RouteT0对应的GRouteT0为：

3.二次查询算法

以下是二次换乘查询的存储过程GInquiryT2的代码，该存储过程使用了临时表来提高查询效率：

GInquiryT2

查询站点@StartStops到站点@EndStops之间的二次换乘乘车路线，多个站点用'/'分开，结果以分组方式给出，如：

exec InquiryT2 '站点1/站点2','站点3/站点4'

*/CREATE procGInquiryT2(

@StartStops varchar(2048),

@EndStops varchar(2048)

)

begin

declare@ss_tab table(StopKey int)

declare@es_tab table(StopKey int)

insert@ss_tab

select distinctStop.StopKey

fromdbo.SplitString(@StartStops,'/') sn,Stop

wheresn.Value=Stop.StopName

insert@es_tab

select distinctStop.StopKey

fromdbo.SplitString(@EndStops,'/') sn,Stop

wheresn.Value=Stop.StopName

if(exists(select top1 * from@ss_tab sst,@es_tab est wheresst.StopKey=est.StopKey))

begin

raiserror('起点集和终点集中含有相同的站点',16,1)

return

end

declare@stops table(StopKey int)

insert@stops selectStopKey from@ss_tab

insert@stops selectStopKey from@es_tab

print'===================================================='print'筛选出第1段乘车路线'print'----------------------------------------------------'set statistics time on------------------------------------------------------------

--筛选出第1段乘车路线，保存到临时表#R1中select*

into#R1

fromGRouteT0

whereStartStopKey in(selectStopKey from@ss_tab)

andEndStopKey not in(SelectStopKey from@stops)

order byStartStopKey,EndStopKey

--在临时表#R1上创建索引create indexindex1 on#R1(StartStopKey,EndStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

print'===================================================='print'筛选出第3段乘车路线'print'----------------------------------------------------'set statistics time on------------------------------------------------------------

--筛选出第3段乘车路线，保存到临时表#R3中select*

into#R3

fromGRouteT0

whereEndStopKey in(selectStopKey from@es_tab)

andStartStopKey not in(SelectStopKey from@stops)

order byStartStopKey,EndStopKey

--在临时表上创建索引create indexindex1 on#R3(StartStopKey,EndStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

print'===================================================='print'筛选出第2段乘车路线'print'----------------------------------------------------'set statistics time on------------------------------------------------------------

--筛选出第2段乘车路线，保存到临时表#R2中select*

into#R2

fromGRouteT0

whereStartStopKey in(selectEndStopKey from#R1)

andEndStopKey in(SelectStartStopKey from#R3)

--在临时表上创建索引create clustered indexindex1 on#R2(StartStopKey,EndStopKey)

create indexindex2 on#R2(EndStopKey,StartStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

print'===================================================='print'二次换乘查询'print'----------------------------------------------------'set statistics time on------------------------------------------------------------

--二次换乘查询selectss.StopName as起点,

dbo.JoinRoute(res.StartStopKey,res.TransStopKey1) as路线1,

ts1.StopName as中转站1,

dbo.JoinRoute(res.TransStopKey1,res.TransStopKey2) as路线2,

ts2.StopName as中转站2,

dbo.JoinRoute(res.TransStopKey2,res.EndStopKey) as路线3,

es.StopName as终点,

MinStopCount

from(

--查询出站点数最少的10组路线select top10

r1.StartStopKey asStartStopKey,

r2.StartStopKey asTransStopKey1,

r2.EndStopKey asTransStopKey2,

r3.EndStopKey asEndStopKey,

(r1.MinStopCount+r2.MinStopCount+r3.MinStopCount) asMinStopCount

from#R1 r1,#R2 r2,#R3 r3

wherer1.EndStopKey=r2.StartStopKey andr2.EndStopKey=r3.StartStopKey

order by(r1.MinStopCount+r2.MinStopCount+r3.MinStopCount) asc)res,

Stop ss,

Stop es,

Stop ts1,

Stop ts2

whereres.StartStopKey=ss.StopKey andres.EndStopKey=es.StopKey andres.TransStopKey1=ts1.StopKey andres.TransStopKey2=ts2.StopKey

------------------------------------------------------------set statistics time off

print'===================================================='end

4.测试

(1) 测试环境

测试数据：广州市350条公交车路线

操作系统：Window XP SP2

数据库：SQL Server 2000 SP4 个人版

CPU：AMD Athlon(tm) 64 X2 Dual 2.4GHz

内存：2G

(2)选择用于测试的的站点

二次换乘查询的select语句使用的三张表#R1,#R2,#R3，因此，这三张表的数据量直接影响到二次换乘查询使用的时间：

显然，R1的数据量由起点决定，查询起始站点对应的#R1的数据量的SQL语句如下：

selectStop.StopName as'站点',count(StartStopKey) '#R1的数据量'fromRouteT0 full joinStop onRouteT0.StartStopKey=Stop.StopKey

group byStop.StopName

order by count(StartStopKey) desc

运行结果如下：

显然，但起点为“东圃镇”时，#R1的数据量最大，同理可得终点和#R3数据量关系如下：

因此，在仅考虑数据量的情况下，查询“东圃镇”到“车陂路口”所用的时间是最长的。在下文中，将使用“东圃镇”作为起点，“车陂路口”为终点对二次查询算法进行效率测试

(3)效率测试

测试语句如下：

execGInquiryT2 '东圃镇','车陂路口'

测试结果：

查询结果如下：

输出如下：

====================================================

筛选出第1段乘车路线

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 458 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 10 毫秒，耗费时间 = 10 毫秒。

SQL Server 分析和编译时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

====================================================

筛选出第3段乘车路线

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 449 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 9 毫秒。

SQL Server 分析和编译时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 1 毫秒，耗费时间 = 1 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 15 毫秒，耗费时间 = 1 毫秒。

====================================================

筛选出第2段乘车路线

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 41644 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 825 毫秒，耗费时间 = 825 毫秒。

SQL Server 分析和编译时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 93 毫秒，耗费时间 = 98 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 93 毫秒，耗费时间 = 98 毫秒。

SQL Server 分析和编译时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 1 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 73 毫秒，耗费时间 = 73 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 79 毫秒，耗费时间 = 73 毫秒。

====================================================

二次换乘查询

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 10 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 140 毫秒，耗费时间 = 141 毫秒。

从消息窗口的信息可以看出，查询大概用了1秒

5.效率优化

用GInquiryT2查询“东圃镇”到“车陂路口”仅用了1秒钟，那么，还能不能再优化呢？仔细分析输出的结果，可发现查询时最耗时的并不是换乘查询语句(140ms)，而是筛选出第2段查询路线的语句(825ms)，如图所示：

那么有没有方法可以提高筛选第2段路线的效率呢？答案是肯定的。只需把GRouteT0改成实表，并创建索引就行了。修改成实表后，就不需要把第2段路线缓存到临时表#R2中，修改后的GInquiryT2(重命名为GInquiryT2_1)如下：

查询站点@StartStops到站点@EndStops之间的二次换乘乘车路线，多个站点用'/'分开，结果以分组方式给出，如：

exec GInquiryT2_1 '站点1/站点2','站点3/站点4'

*/CREATE procGInquiryT2_1(

@StartStops varchar(2048),

@EndStops varchar(2048)

)

begin

declare@ss_tab table(StopKey int)

declare@es_tab table(StopKey int)

insert@ss_tab

select distinctStop.StopKey

fromdbo.SplitString(@StartStops,'/') sn,Stop

wheresn.Value=Stop.StopName

insert@es_tab

select distinctStop.StopKey

fromdbo.SplitString(@EndStops,'/') sn,Stop

wheresn.Value=Stop.StopName

if(exists(select top1 * from@ss_tab sst,@es_tab est wheresst.StopKey=est.StopKey))

begin

raiserror('起点集和终点集中含有相同的站点',16,1)

return

end

declare@stops table(StopKey int)

insert@stops selectStopKey from@ss_tab

insert@stops selectStopKey from@es_tab

--筛选出第1段乘车路线，保存到临时表#R1中select*

into#R1

fromGRouteT0

whereStartStopKey in(selectStopKey from@ss_tab)

andEndStopKey not in(SelectStopKey from@stops)

order byStartStopKey,EndStopKey

--在临时表#R1上创建索引create indexindex1 on#R1(StartStopKey,EndStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

--筛选出第3段乘车路线，保存到临时表#R3中select*

into#R3

fromGRouteT0

whereEndStopKey in(selectStopKey from@es_tab)

andStartStopKey not in(SelectStopKey from@stops)

order byStartStopKey,EndStopKey

--在临时表上创建索引create indexindex1 on#R3(StartStopKey,EndStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

--二次换乘查询selectss.StopName as起点,

dbo.JoinRoute(res.StartStopKey,res.TransStopKey1) as路线1,

ts1.StopName as中转站1,

dbo.JoinRoute(res.TransStopKey1,res.TransStopKey2) as路线2,

ts2.StopName as中转站2,

dbo.JoinRoute(res.TransStopKey2,res.EndStopKey) as路线3,

es.StopName as终点,

MinStopCount

from(

--查询出站点数最少的10组路线select top10

r1.StartStopKey asStartStopKey,

r2.StartStopKey asTransStopKey1,

r2.EndStopKey asTransStopKey2,

r3.EndStopKey asEndStopKey,

(r1.MinStopCount+r2.MinStopCount+r3.MinStopCount) asMinStopCount

from#R1 r1,GRouteT0 r2,#R3 r3

wherer1.EndStopKey=r2.StartStopKey andr2.EndStopKey=r3.StartStopKey

order by(r1.MinStopCount+r2.MinStopCount+r3.MinStopCount) asc)res,

Stop ss,

Stop es,

Stop ts1,

Stop ts2

whereres.StartStopKey=ss.StopKey andres.EndStopKey=es.StopKey andres.TransStopKey1=ts1.StopKey andres.TransStopKey2=ts2.StopKey

------------------------------------------------------------set statistics time off

print'===================================================='end

下面，仍然用查询“东圃镇”到“车陂路口”为例测试改成实表后GInquiryT2的效率，测试语句如下：

execGInquiryT2_1 '东圃镇','车陂路口'

消息窗口输出如下：

====================================================

筛选出第1段乘车路线

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 458 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 3 毫秒。

SQL Server 分析和编译时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

====================================================

筛选出第3段乘车路线

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 449 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 6 毫秒，耗费时间 = 6 毫秒。

SQL Server 分析和编译时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 1 毫秒。

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 1 毫秒。

====================================================

二次换乘查询

----------------------------------------------------SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 0 毫秒，耗费时间 = 0 毫秒。

(所影响的行数为 10 行)

SQL Server 执行时间:

CPU 时间 = 250 毫秒，耗费时间 = 253 毫秒。

====================================================

从输出可以看出，大概用了250ms

6.展开路线组

GInquiryT2查询给出的结果是10组最短路线，那么，怎样才能得到最短的10条路线，显然，只需将这10组路线展开即可(展开后的路线数>=10)，而最短的10条路线必然在展开的结果中。查询10条最短路线的存储过程GInquiryT2_Expand如下：

CREATE procGInquiryT2_Expand(

@StartStops varchar(2048),

@EndStops varchar(2048)

)

begin

declare@ss_tab table(StopKey int)

declare@es_tab table(StopKey int)

insert@ss_tab

select distinctStop.StopKey

fromdbo.SplitString(@StartStops,'/') sn,Stop

wheresn.Value=Stop.StopName

insert@es_tab

select distinctStop.StopKey

fromdbo.SplitString(@EndStops,'/') sn,Stop

wheresn.Value=Stop.StopName

if(exists(select top1 * from@ss_tab sst,@es_tab est wheresst.StopKey=est.StopKey))

begin

raiserror('起点集和终点集中含有相同的站点',16,1)

return

end

declare@stops table(StopKey int)

insert@stops selectStopKey from@ss_tab

insert@stops selectStopKey from@es_tab

--筛选出第1段乘车路线，保存到临时表#R1中select*

into#R1

fromGRouteT0

whereStartStopKey in(selectStopKey from@ss_tab)

andEndStopKey not in(SelectStopKey from@stops)

order byStartStopKey,EndStopKey

--在临时表#R1上创建索引create indexindex1 on#R1(StartStopKey,EndStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

--筛选出第3段乘车路线，保存到临时表#R3中select*

into#R3

fromGRouteT0

whereEndStopKey in(selectStopKey from@es_tab)

andStartStopKey not in(SelectStopKey from@stops)

order byStartStopKey,EndStopKey

--在临时表上创建索引create indexindex1 on#R3(StartStopKey,EndStopKey)

------------------------------------------------------------set statistics time off

--二次换乘查询selectss.StopName as起点,

r1.RouteName as'路线 1',

ts1.StopName as中转站1,

r2.RouteName as'路线 2',

ts2.StopName as中转站2,

r3.RouteName as'路线 3',

es.StopName as终点,

res.StopCount as总站点数

from(

--展开最优 10 组路线得到最短 10 条路线select top10

res.StartStopKey asStartStopKey,

rt1.RouteKey asRouteKey_SS_TS1,

res.TransStopKey1 asTransStopKey1,

rt2.RouteKey asRouteKey_TS1_TS2,

res.TransStopKey2 asTransStopKey2,

rt3.RouteKey asRouteKey_TS2_ES,

res.EndStopKey asEndStopkey,

(rt1.StopCount+rt2.StopCount+rt3.StopCount) asStopCount

from(

--查询出站点数最少的 10 组路线select top10

r1.StartStopKey asStartStopKey,

r2.StartStopKey asTransStopKey1,

r2.EndStopKey asTransStopKey2,

r3.EndStopKey asEndStopKey,

(r1.MinStopCount+r2.MinStopCount+r3.MinStopCount) asMinStopCount

from#R1 r1,GRouteT0 r2,#R3 r3

wherer1.EndStopKey=r2.StartStopKey andr2.EndStopKey=r3.StartStopKey

order by(r1.MinStopCount+r2.MinStopCount+r3.MinStopCount) asc)res,

RouteT0 rt1,

RouteT0 rt2,

RouteT0 rt3

wherert1.StartStopKey=res.StartStopKey andrt1.EndStopKey=res.TransStopKey1 andrt2.StartStopKey=res.TransStopKey1 andrt2.EndStopKey=res.TransStopKey2 andrt3.StartStopKey=res.TransStopKey2 andrt3.EndStopKey=res.EndStopKey

order by(rt1.StopCount+rt2.StopCount+rt3.StopCount) asc)res

left joinStop ss onres.StartStopKey=ss.StopKey

left joinStop es onres.EndStopKey=es.StopKey

left joinStop ts1 onres.TransStopKey1=ts1.StopKey

left joinStop ts2 onres.TransStopKey2=ts2.StopKey

left joinRoute r1 onres.RouteKey_SS_TS1=r1.RouteKey

left joinRoute r2 onres.RouteKey_TS1_TS2=r2.RouteKey

left joinRoute r3 onres.RouteKey_TS2_ES=r3.RouteKey

------------------------------------------------------------set statistics time off

print'===================================================='end

下面，仍然以查询“东圃镇”到“车陂路口”为例测试GInquiryT2_Expand，代码如下：

execGInquiryT2_Expand '东圃镇','车陂路口'