设计一个火车票查询系统， 已知国内所有的火车列次信息，每列火车所经过的站点,各站点之间的里程、价格等信息。要求设计一个数据结构或算法(可自定义数据结构或使用数据库)，完成如下需求: 1、根据列车车次号查询该次列车经过的所有站点。(例如查询 T1 次列车经过的所有站点结果为:北京、石家庄、郑州、武汉、长沙) 2、根据某一个站点名称，查询所有经过该站点的列车。(例如查询所有经过北京的列车车次) 3、给出任意两个站点作为出发和终点站，查询可乘车次(例如查询北京去长沙可乘的所有列车车次) 4、附加题: 考虑中转问题， 从某个站点可能需要中间转车才可到达，例如从哈尔滨到重庆，需要在北京或其他站点转车才可到达。 设计要求: 1、以用户体验为中心 2、考虑设计性能 3、如使用数据库则需要写明具体的表结构和 SOL语句，如自行设计存储和算法请详细描述设计思路和算法流程。

为了实现以上需求，可以设计一个基于数据库的火车票查询系统。具体的设计思路如下：

1. 数据库设计

首先需要设计数据库的表结构，包括列车信息表、站点信息表、列车-站点关系表等。具体的表结构和相关SQL语句如下：

- 列车信息表(train_info)

| 列名 | 数据类型 | 说明 |
| --------- | ----------- | -------------- |
| train_no | varchar(10) | 列车车次号 |
| start_sta | varchar(50) | 始发站 |
| end_sta | varchar(50) | 终到站 |
| start_time| datetime | 始发时间 |
| end_time | datetime | 到达时间 |
| duration | int | 行驶时间（分钟）|

- 站点信息表(station_info)

| 列名 | 数据类型 | 说明 |
| -------- | ----------- | ------------ |
| station | varchar(50) | 站点名称 |
| mileage | int | 里程（公里） |

- 列车-站点关系表(train_station)

| 列名 | 数据类型 | 说明 |
| --------- | ----------- | -------------- |
| train_no | varchar(10) | 列车车次号 |
| station | varchar(50) | 站点名称 |
| order_no | int | 站点在列车中的顺序 |
| start_time| datetime | 到达时间 |
| end_time | datetime | 离开时间 |
| price | float | 该站点的票价 |

2. 系统功能实现

根据以上需求，实现以下功能：

- 根据列车车次号查询该次列车经过的所有站点

SELECT station FROM train_station WHERE train_no = 'T1' ORDER BY order_no;

- 根据某一个站点名称，查询所有经过该站点的列车

SELECT train_no FROM train_station WHERE station = '北京' OR station = '石家庄' OR station = '郑州' OR station = '武汉' OR station = '长沙' GROUP BY train_no;

- 给出任意两个站点作为出发和终点站，查询可乘车次

SELECT t1.train_no FROM train_station t1 JOIN train_station t2 ON t1.train_no = t2.train_no AND t1.station = '北京' AND t2.station = '长沙' AND t1.order_no < t2.order_no;

- 中转问题的解决

对于中转问题，可以通过以下算法实现：

1. 从始发站开始，按照时间顺序逐个查找所有可到达的站点，记录下到达该站点所需的最短时间。

2. 根据所有到达该站点所需的最短时间，计算出从始发站到该站点的最短时间。

3. 以该站点为起点，重复以上步骤，查找到达终点站所需的最短时间，并计算出从始发站到终点站的最短时间。

4. 查询所有行程中经过该站点的列车车次，并计算出所需的总时间。

具体的算法流程如下：

# 从始发站开始，按照时间顺序逐个查找所有可到达的站点，记录下到达该站点所需的最短时间。
def find_shortest_time(start_sta, end_sta):
    # 初始化起点的最短时间为0，其他站点的最短时间为无穷大
    shortest_time = {start_sta: 0}
    for station in station_list:
        if station != start_sta:
            shortest_time[station] = float('inf')
    # 按照时间顺序查找所有站点
    for t in range(0, 24 * 60, 5):
        for train in train_list:
            if start_sta in train and train.index(start_sta) < len(train) - 1:
                # 找到从起点出发的列车
                cur_sta = start_sta
                cur_time = t
                for i in range(train.index(start_sta) + 1, len(train)):
                    # 查找到达该站点的时间
                    next_sta = train[i]
                    next_time = cur_time + get_travel_time(cur_sta, next_sta, cur_time)
                    if next_time < shortest_time[next_sta]:
                        shortest_time[next_sta] = next_time
                    # 如果已经到达终点站，则退出循环
                    if next_sta == end_sta:
                        break
                    cur_sta = next_sta
                    cur_time = next_time
    return shortest_time

# 计算从始发站到终点站的最短时间
def find_total_time(start_sta, end_sta):
    shortest_time1 = find_shortest_time(start_sta, end_sta)
    shortest_time2 = find_shortest_time(end_sta, start_sta)
    total_time = float('inf')
    for station in station_list:
        if station in shortest_time1 and station in shortest_time2:
            time = shortest_time1[station] + shortest_time2[station]
            if time < total_time:
                total_time = time
    return total_time

# 查询所有行程中经过该站点的列车车次
def find_trains(start_sta, end_sta):
    trains = []
    for train in train_list:
        if start_sta in train and end_sta in train and train.index(start_sta) < train.index(end_sta):
            trains.append(train)
    return trains

# 计算从始发站到终点站经过该站点的总时间
def find_total_time_with_transfer(start_sta, transfer_sta, end_sta):
    time1 = find_total_time(start_sta, transfer_sta)
    time2 = find_total_time(transfer_sta, end_sta)
    trains1 = find_trains(start_sta, transfer_sta)
    trains2 = find_trains(transfer_sta, end_sta)
    total_time = float('inf')
    for train1 in trains1:
        for train2 in trains2:
            if train1[-1] == transfer_sta and train2[0] == transfer_sta:
                time = time1 + time2 + get_transfer_time(train1[-1], train2[0])
                if time < total_time:
                    total_time = time
    return total_time

3. 性能优化

为了提高查询效率，可以使用缓存技术，将查询结果缓存到内存中，避免多次查询数据库。同时，可以使用索引来加速数据查询，例如在train_station表中为train_no、station和order_no字段添加索引，可以加速列车、站点和站点顺序的查询。此外，还可以使用分页技术来避免查询结果过大的问题，例如将查询结果分页显示，一次只显示部分结果。