基于Python 的火車購票軟件設計

鞠耀輝 陳偉利 張佳琦 張晶亮 何振豪

（吉林建筑大學，吉林 長春130118）

1 研制背景及意義

近些年來，中國的鐵路正在高速的發展。交通越來越便利，節假日選擇出行的人數正在不斷增多，全國各大景點節假日人流量都特別大，有來自全國各地的游客游訪。鐵路出行以其快速、準時、經濟、舒適的幾大優勢，吸引了更多人去選擇。與此同時，相應的購票問題就出現了，尤其在春運、法定節假日、寒（暑）假學生潮和景點的旅游旺季等，往往是一票難求，出行困難。網絡購票的興起，讓各種搶票攻略出現，各種搶票軟件應運而生，甚至還收取一定費用。由于票源始終有限，又受到官方系統的限制，即使購票人肯額外花錢，選擇搶票加速包，但能否搶到，有運氣的成分，可能仍然沒有足夠票可買。有的軟件在為我們購票的同時，默認選擇搶票加速包，既沒有幫助購票者出行更加便利，還增加了出行費用，加大了上述種種問題需要利用科技創新來得到更好地解決。

2 設計方案

2.1 方案構想

本作品的研究思路是基于了解目前所能搜索到的各種火車購票網站，并充分考慮了現今購票時的不足，以及對于對于節假日等時間乘客買不到票問題的調研，結合Python 技術的基礎，自主設計了一種新的解決方案。在解決乘客買不到票的同時，盡量減少時間、行程，并加強對于零散資源的利用的目的。

2.2 整體設計及運行方案

在該軟件運行之前，先導入火車運行車次、起點、中間站點、終點及時間信息構成鏈狀數據結構。然后建立標記起點，可任意轉換線路的中間點，終點。之后建立分段的車票價格、運行時間，這個時間包括了出發時間及到達時間。再建立優選方案，在乘客進行購票時，自動優選直達票，其次是同車換乘，最后才會選擇中轉車站，并且車站盡量選擇同一站或相近的車站。之后建立硬件服務器，在服務器上運行Python 算法程序以達到接收手機APP 和WEB 信息的目的。通過算法的計算，導出最優的乘車方案，提供給用戶。

在完成手機APP 的編寫及運行測試后，提供給用戶免費使用。用戶可以直接使用此軟件，也可以在遇到購票上的困難時使用該軟件。用戶進行購票時，對用戶輸入的起點、終點及具體車次進行數據采集，通過計算好的優選方案優先向用戶推薦直達票，直達無票的情況下，直接使用同車換乘的方案，即在用戶不需要換座換車的同時達到中轉的目的。一站如果達不到目的那就增加到兩站、三站。在這種方案進行不下去或者耗費費用時間行程等太高時，進行下一個方案。根據席位的差別進行席位交叉換乘，即購買同車另一個或另一種席位的中轉票，只需切換席位就能達到中轉的目的。如果席位切換也不行時，若是購票者愿意多購買一站，還可以在分段的行程中，有一兩個站點的重疊，也就是說在其中的兩站之間，購票者同時買了兩張票，但也能夠達到同車換乘的目的。疊加換乘也不行，那就通過購買少數站站票的方式實現購票。即購買某兩個無剩余票站點之間的站票，使得用戶前一段行程有座位，中間站一會，后一段行程也有座位。但要保證站票的時間不能太長。同車換乘是最優的方案，避免了換車的時間損失，同時有效利用車票的零散資源。此上的這些方案為層層遞進的關系，在上一個方案無法進行下去時，才會進入到下一種方案的計算。這些數據是實時采集的，即可通過不同時間，多次計算獲取購票方案。

2.3 算法

關于算法部分，要求計算建立標記起點、中間站點、終點數據信息。

某線路（如圖1 所示），起點為a0，終點為an在起點到終點之間有a1，a2等站點，現在就需要建立一個車票信息數據庫，具體如下：

2.3.1 使用Python 爬蟲技術，將a0→a1、a0→a2、a0→a3……a0→an-1、a0→an并標記為：b01、b02、b03……b0n-1、b0n，數據包括：有票、具體張數、無票3 種，及相應的席位信息等；

2.3.2 同理建立a1→a2、a1→a3……a1→an-1、a1→an并標記為：b12、b13、b14……b1n-1、b1n，數據包括：有票、具體張數、無票3 種，及相應的席位信息等；

2.3.3 最后建立an-1→an并標記為：bn-1n，數據包括：有票、具體張數、無票3 種，及相應的席位信息等；

2.3.4 數據共有：（n-1）+（n-2）+（n-3）+……+2+1=n（n-1）/2；

2.3.5 數據拼接

（1）1 點換乘：在有票的條件下，查詢b0m+bmn的可行性，其中am 就是同車換乘中轉站點；

（2）2 點換乘：在有票的條件下，查詢b0m+bml+bln的可行性，其中am、al就是同車換乘中轉站點；

（3）多點換乘：在有票的條件下，查詢b0m+bml+……+bkn的可行性，其中am、al……ak就是同車換乘中轉站點；

（4）上述方法無法實現時，考慮“席位切換”的方式實現購票，即標記ba、bb、bc、bd 等信息，其中a（商務座）、b（一等座）、c（二等座）、d（站票）為席位種類，在數據拼接時，增加“席位切換”。可能得到如下信息：ba0m+bbml+……+bckn，其中am、al……ak就是同車換乘中轉站點；

（5）上述方法無法實現時，考慮“少疊加換乘”的方式實現購票，即標記ba、bb、bc、bd 等信息，其中a（商務座）、b（一等座）、c（二等座）、d（站票）為席位種類，在數據拼接時，增加”少疊加換乘”。可能得到如下信息：ba0m+1+bbm-1l+……+bckn，其中am-1、am+1、al……ak就是同車換乘中轉站點；

（6）上述方法無法實現時，考慮“少行程補票換乘”的方式實現購票，即標記ba、bb、bc、bd 等信息，其中a（商務座）、b（一等座）、c（二等座）、d（站票）為席位種類，在數據拼接時，增加“少疊加換乘”。可能得到如下信息：ba0m-1+bdm-1m+1+bbm+1l+……+bckn，其中am-1、am+1、al……ak就是同車換乘中轉站點；

同車換乘數學模型

（7）上述方法無法實現時，考慮“2 車或2 車以上換乘”的方式實現購票，首先選擇中轉車站（盡量選擇同一車站點），再確定具體車次信息，必須考慮中轉時間（目前很多車站提供換乘快速通道），車次晚點等因素。比如：“2 車換乘”（詳見圖所示）就變成“2 個同車換乘”，再應用上述的“同車換乘”的方法實現分段購票。

同理，“2 車以上換乘”也就變成了“多個同車換乘”，再應用上述的“同車換乘”的方法實現分段購票。只是，換乘中轉站點越多，耽誤的換乘時間也就越多，其中不確定因素也就越多。

市面上現有的火車票購票程序不能高效的、精準便捷的針對不同用戶做出最符合其需求的火車票推薦方案。現在的購票軟件僅僅依靠12306 網站購票系統為核心，通過自有服務器的強大刷票能力進行搶票而已。在火車票資源不足時不能依靠自身的邏輯為用戶提供一套最為適應的替代方案進行購票。而我們的項目可以計算起點到終點間車次及車票的情況，有票直接購買。直達無票的情況下，在無票的車次上先一個中間站，進行分段式購買，其中遵循用戶需求可以通過購買不同等級座位的方式來完成同車中轉到站的方法來實現用戶需求。如果仍然無票，智能選擇中轉站，將購票形式轉換成起點- 中轉- 終點。如果仍然無票，將起點車次、終點車次、中間車次分解進行數據統計，采用神經網絡多元算法，在有票的情況下，計算有效通路，并拋棄路程過長，路程較高和中轉過多的選擇方案，實現購票。

3 結論

3.1 應用基于Python 語言的爬蟲技術，Python 已成為目前第三大主流編程語言，相較于前兩種語言跟容易入門，可操作性更高Python 爬蟲技術作為二者結合它的適應性更為強大。

3.2 我們設計的軟件算法更能貼合用戶需求，做到能最大限度滿足用戶的個性，減少用戶出行的麻煩，能在可行范圍內實現同車多次換乘達到一輛車次在各個階段都有票的情況下使用戶抵達目的地。

3.3 在爬蟲技術的應用下更快速的到最新的火車票信息，做到真正的在售票廳外得知每輛車每個站點之間的票務信息，幫助用戶快速方便購票。