graphviz工具及其原理

分手后的思念是犯贱 2022-07-12 13:43 328阅读 0赞

## Graphviz介绍 ##

graphviz是贝尔实验室几个计算机牛人设计的一个**开源** 的图表(计算机科学中数据结构中的图)可视化项目，主要用C语言实现，主要实现了一些图布局算法。通过这些算法，可以将图中的节点在画布上比较均匀的分 布，缩短节点之间的边长，并且尽量的减少边的交叉。

graphviz提供命令式的绘图方式，它提供一个*dot语言* 用来编写绘图脚本，然后对这个脚本进行解析，分析出其中的定点，边以及子图，然后根据属性进行绘制。具体的可以看一个例子，这个例子来自官方的文档。

digraph G \{ main -> parse -> execute; main -> init; main -> cleanup; execute -> make\_string; execute -> printf init -> make\_string; main -> printf; execute -> compare; \}

digraph指定该图是一个有向图(directed graph)，->表示一条边，main,parse,execute等是顶点，运行出来的效果很好看，如下图：

![1496480_127720930218f5.png][]

![41c9899b-eb37-3041-86d1-f8ba3c71406a.png][]

需要注意的是，我在这个dot脚本中没有指定任何的关于图的位置的信息，布局器会自动的根据图形的类型进行布局，并最终展现出来。

再来看一个比较复杂，并且是程序员经常使用的功能，数据结构图：

digraph g \{ node \[shape = record,height=.1\]; node0\[label = "<f0> |<f1> G|<f2> "\]; node1\[label = "<f0> |<f1> E|<f2> "\]; node2\[label = "<f0> |<f1> B|<f2> "\]; node3\[label = "<f0> |<f1> F|<f2> "\]; node4\[label = "<f0> |<f1> R|<f2> "\]; node5\[label = "<f0> |<f1> H|<f2> "\]; node6\[label = "<f0> |<f1> Y|<f2> "\]; node7\[label = "<f0> |<f1> A|<f2> "\]; node8\[label = "<f0> |<f1> C|<f2> "\]; "node0":f2 -> "node4":f1; "node0":f0 -> "node1":f1; "node1":f0 -> "node2":f1; "node1":f2 -> "node3":f1; "node2":f2 -> "node8":f1; "node2":f0 -> "node7":f1; "node4":f2 -> "node6":f1; "node4":f0 -> "node5":f1; \}

运行后的效果如下图所示：

![1496480_1277209303z4x1.png][]  
![56efc0c2-4b8a-33ef-b8c5-767cffe5c880.png][]

不知道其他的程序员怎样，反正我对命令行情有独钟，比较喜欢这一类的工具。最早接触的计算机系统正是一个没有图形系统的BSD，由此对命令行的，没 有界面的程序都特别感兴趣。

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## 相关的想法    ##

自从使用了graphviz以后，一直想着把这个好东西移植到java下来，大概的思想跟graphviz类似：

*  解析dot脚本，生成图的对象，这个图中包括节点，边以及子图等对象，这些对象上都绑定着相应的属性
 *  将解析出来的图对象发送给layout engine进行处理，layout engine可以选择布局策略，比如流布局等
 *  从layout engine中得到布局后的图对象，并交给image engine处理，得到最终结果，负责展示或者保存等

*dot* 的语法定义比较简单，我已经用javacc构造了一个dot的分析器，现在可以从dot文件中构建出图对象出来，不过还需要进一步完善，可以看看这个 BNF定义：

graph -> \[strict\] (digraph|graph) id '\{' stmt-list '\}' stmt-list -> \[stmt \[';'\] \[stmt-list\] \] stmt -> attr-stmt | node-stmt | edge-stmt | subgraph | id '=' id attr-stmt -> (graph | node | edge) attr-list attr-list -> '\[' \[a-list\] '\]' \[attr-list\] a-list -> id '=' id \[','\]\[a-list\] node-stmt -> node-id \[attr-list\] node-id -> id \[port\] port -> port-location \[port-angle\] | port-angle \[port-location\] port-location -> ':' id | ':' '(' id ',' id ')' port-angle ->'@' id edge-stmt -> (node-id | subgraph) edgeRHS \[attr-list\] edgeRHS -> edgeop (node-id | subgraph) \[edgeRHS\] subgraph -> \[subgraph id\] '\{' stmt-list '\}' | subgraph id

(最近老是感觉时间不够用，有很多有意思的项目要做，比如要完善前几天说的那个bbms(Bus Based Message Service), 再比如修改用Swing和Smack做一个jabber的客户端jTalk，都是很有搞头的，唉，扯远了。)

当然graphviz的功能不至于此，它提供一个lib，可以用来将绘图引擎嵌入在自己的应用中。这是一个很有意义的事，我们可以不必掌握布局部分 的复杂算法，把精力放在业务逻辑部分，将最后的图对象交给这个引擎来处理即可。当然，如果你正好和我一样，想了解其神奇的布局算法，不妨翻翻它的源码，欢 迎交流之至。

我在周末分析了下graphviz的内部结构，并建立了一个java的项目***jraph*** ，用来做简单的移植，主要是学习之用，其实，Java的图库还是相当丰富的，比如JGraph ，JGraphT，Prefuse，TouchGraph等等，用来做项目当然是很便捷的，但是我还是比较喜欢看着一个算法被自己实现的过程，特别是这种 比较神奇的算法，哈哈。

预期中的API如下：

public static void main(String\[\] args)\{ Parser parser = new GCodeParser("file.g"); GraphSet gs = parser.parse(); GraphSet layouted = new GraphLayoutEngine(gs).layout(); ImageEngine imgEngine = new GraphImageEngine(layouted); imgEngine.export(0); \}

同graphviz一样，先调用分析器构造出图的集合GraphSet(包括多个图，每个图中包括Vertex，Edge，及SubGraph)， 然后进行布局，最后将通过布局后的GraphSet绘制结果。目前完成了框架的设计部分，分析器部分基本完成，layout部分只实现了一个策略，即***force-based*** 布局算法，不过layout engine被设计成可以插拔的模型，如果有了新的算法实现，可以很容易的整合起来。

dot.exe -Tpng -o new.png -Kdot new.dot

*p.s.如果时间允许，我会将这个项目jraph(暂定名)托管到google code上，到时候欢迎各路高人参加此项目。*

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