2021-05-12 14:32:11
Graphviz - 用指令來畫關係圖吧！
2020-06-16 17:42:34
簡介
Graphviz 是一個運用廣泛的命令列繪圖軟體，不過說是繪圖軟體，它能繪的圖並不是一般人想像中的漫畫或 logo，而是數學意義上的 "graph"，比較通俗的說法就是「關係圖」。
舉例來說，像是下面這種圖：
▲ 圖1：Unix 家族。Graphviz 官網的示範圖片之一。
用手畫會很痛苦，而 Graphviz 可以替使用者搞定它。Graphviz 提供一套語言，讓您能直接陳述圖片上的節點、邊、方向等性質。之後，由它來為您產生整張圖片。
Graphviz 能畫的圖片有許多種，您可在官網挖到更多範例。
安裝
Graphviz 支援 Windows、Mac OS X、FreeBSD、Solaris、Linux 等多種作業系統。
若您是 Linux 使用者，基於這款軟體的名氣，您的套件管理器中幾乎一定會有，從套件庫中安裝吧！倘若真找不到，請看官網下載頁面，試試原始碼。
若您是 Windows 使用者，請前往這裡下載安裝檔：http://www.graphviz.org/Download_windows.php
Mac OS X 的使用者請往這邊走：http://www.graphviz.org/Download_macos.php
Graphviz 的使用
1 # Graphviz 2 ＞＜cmd＞ ＜inputfile＞ -T ＜format＞ -o ＜outputfile＞ 3 4 # 舉例：輸出 png 5 ＞ dot input.dot -T png -o output.png 6 # 舉例：一樣是輸出 png，只不過檔名是 txt 7 ＞ dot input.dot -T png -o output.txt
首先，我們看看上面的 ＜cmd＞ 部份。
Graphviz 的 ＜cmd＞ 有好幾種，每種使用方法都完全相同，差別只在於渲染出來的圖片效果不一樣。man 中的簡介是這樣寫的......
dot
渲染的圖具有明確方向性。
neato
渲染的圖缺乏方向性。
twopi
渲染的圖採用放射性佈局。
circo
渲染的圖採用環型佈局。
fdp
渲染的圖缺乏方向性。
sfdp
渲染大型的圖，圖片缺乏方向性。
您可以透過 man ＜cmd＞ 取得進一步說明。但還是親自用用比較容易理解。在本文中，凡沒有說明的圖，預設都是 以 dot 渲染出來的。
繼續往下看。在 Graphviz 中，若您不指定 -T 引數，Graphviz 並不會自動猜測您想要產生什麼格式，只會以預設格式渲染。可選格式相當多，包括（但不限於）jpg、png、svg 等，全部列表可見官網說明頁的最下方。
-o 可讓您指定儲存檔案的檔名。如果您不用 -o 選項指定輸出檔名，Graphviz 則會將結果輸出到標準輸出上。
除非用法很特殊，否則這兩個引數，每次都要記得下達才行。
dot 語言說明
指揮 Graphviz 繪圖時，所使用的語言叫作 "dot"。下邊就來介紹如何使用它。
有向圖與無向圖
使用 dot 語言，第一步就是決定要畫哪種圖。
圖分兩種：有向圖與無向圖。
▲ 圖2：有向圖
▲ 圖3：無向圖
有向圖以 digraph 宣告圖片，節點間的關係寫為 "->"。
1 /*demo1。順便一提，在 dot 語言中可使用 C++ 中允許的註解。本行為 C 風格註解*/
2 digraph demo1{ //這也是註解，C++ 風格的。
3 a -> b -> c;
4 c -> a;
5 }
無向圖以 graph 宣告圖片，節點間的關係可以寫為 "--"。
1 //demo2
2 graph demo2{
3 a -- b -- c;
4 c -- a;
5 }
其中 demo1 與 demo2 是圖片的名稱，一般使用時常常留白不打。
使用引號
上文中的 a, b, c 除了作為程式內的識別字以外，也會成為節點的顯示名稱 (label)。不過如果這名稱中混了中文或夾了空格，Graphviz 就有可能搞錯你的意思。
為防不必要的誤解，所以平常最好都用英文引號括住。就像下面這樣：
1 //demo3
2 digraph {
3 "總 攻" -> "受";
4 "強 攻" -> "受";
5 "健氣攻" -> "受";
6 }
▲ 圖4：混合了空白的示範，採用 fdp 渲染。
這樣就沒問題了！
子圖與簡化技巧
來看個複雜一點的例子，這是一份地中海海域的大略連線圖：
1 graph G{
2 "黑海" -- "亞速海";
3 "黑海" -- "博斯普魯斯海峽"
4 "達達尼爾海峽" -- "愛琴海"
5 subgraph cluster_T{ // 新東西
6 label = "黑海海峽"; // 新東西
7 "達達尼爾海峽" -- "馬爾馬拉海" -- "博斯普魯斯海峽";
8 }
9 subgraph cluster_M{
10 label = "地中海海域";
11 "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"}; // 也是新東西
12 "西部地中海" -- {"西西里海峽" "第勒尼安海" "利古里亞海" "伊比利海" "阿爾沃蘭海"};
13 "愛奧尼亞海" -- "亞得里亞海";
14 "阿爾沃蘭海" -- "直布羅陀海峽";
15 }
16 }
▲ 圖5：地中海海域連線圖，使用 fdp 渲染，種子為 8 (-Gstart=8)。
這張圖有些新東西可以看。
第一個是 subgraph 關鍵字。一如名字所示，他是用來定義「次級圖片」用的。
次級圖片在 dot 的官方檔案中常被叫作 cluster subgraph，特指圖示中被方框包裹起來的那兩塊，其定義方式和一般的 graph 非常相似，不過使用上有兩件事需要留意：
- 他的命名得以 cluster 字首開頭，否則語法雖然能過關，但生不出圖面上您預期的效果。
- 如果父圖是無向圖，他本身也得是無向圖；反之如果父圖是有向圖，這邊也得乖乖照著來。
第二個重點是下面這段：
1 "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"};
用大括號括起，用空格分開－這是一口氣將好幾個節點群組起來同時操作的方法，其等效於：
1 "中部地中海" -- "愛琴海"; 2 "中部地中海" -- "愛奧尼亞海"; 3 "中部地中海" -- "西西里海峽";
您甚至可以用以下程式碼畫出圖6：
1 digraph G{
2 {a b c} -> {d e f}
3 }
▲ 圖6：大括號效果示意圖
這語法糖很方便好吃，可以靈活運用。
第三個不同處在於 label = XXX 這行。這是「屬性」的指定方式。
關於屬性，我們下章再講。
屬性
有了前面介紹過的技巧，所有圖面關係都可以順利地繪製出來。
然而，通常我們畫圖的時候，還會對圖片做一些特別的處理。好比說把字加粗、把圖變色、把標籤或連線線的外型 改變、把某些節點水平對齊......諸如此類。
要控制這些東西，就要用到屬性。
屬性有四種：
- 用在節點上 (Node, N)
- 用線上段上 (Edge, E)
- 用在根圖片上 (Graph, G)
- 用在子圖片上 (Cluster subgraph, C)
您可以閱讀手冊中的表，判斷哪些屬效能用在哪些地方。
那麼，屬性要怎麼用呢？
屬性的套用
如果要設定根圖片或子圖片的屬性，得像前面範例中所示的那樣，在圖片的大括號範圍內指定......
屬性名稱=值;
這樣就行了。
對於節點 (node) 的屬性，有以下幾種指定法：
1 節點名 [節點屬性名=值]; 2 節點名 [節點屬性名=值, 節點屬性名=值]; 3 node [節點屬性名=值，節點屬性名=值];
屬性指定的語句必須要被中括號括起。當一次指定多值時，需用英文逗點隔開。
第三行中的 node 是個關鍵字，用來代稱「圖片範圍內」所有「還沒建立」的節點，或者您也可將它理解為：在當前大括號的範圍內，所有尚未建立節點的屬性預設值，會被這個語句給變更。
線段 (edge) 的屬性指定，與節點屬性指定方式很類似：
1 節點名 -> 節點名 [線段屬性名=值]; 2 節點名 -- 節點名 [線段屬性名=值, 線段屬性名=值]; 3 edge [線段屬性名=值，線段屬性名=值];
其中 edge 是關鍵字。
這邊順便補充一個關於線段的觀念：有些線段相關的屬性，具有 head 值與 tail 值。而這邊說的 head 與 tail，得將它想 像成一個「箭頭」的形狀（就像是「a -> b」這樣）。
對於線段來說，這個箭頭的頭部才是 head。所以囉，這可能和您最初想像的不一樣，因為這邊說的「Head」其實是 兩個節點中，後面的那一個。
屬性範例
把先前的看過的例子加上一些屬性試試。
1 graph G{
2 "黑海" [shape = circle, color = blueviolet, fontcolor = blueviolet, fontsize = 20];
3 "黑海" -- "亞速海" [label = "刻赤海峽"];
4
5 subgraph cluster_T{
6 label = "黑海海峽";
7 fontsize = 24;
8 fillcolor = darkslategray;
9 style = filled;
10 fontcolor = white;
11 node [fontcolor = white, color = white];
12 "博斯普魯斯海峽" -- "馬爾馬拉海" -- "達達尼爾海峽" [color = white];
13 "博斯普魯斯海峽" [shape = parallelogram];
14 "達達尼爾海峽" [shape = parallelogram];
15 }
16
17 "黑海" -- "博斯普魯斯海峽" [color = red ,penwidth = 2];
18 "達達尼爾海峽" -- "愛琴海" [color = red ,penwidth = 2];
19
20 subgraph cluster_M{
21 label = "地中海海域";
22 fontsize = 24;
23 "西部地中海" [shape = Mcircle, style = filled, color = grey, fillcolor = aquamarine, fontsize = 20];
24 "中部地中海" [shape = Mcircle, style = filled, color = grey, fillcolor = aquamarine, fontsize = 20];
25 "直布羅陀海峽" [shape = parallelogram, fontcolor = red];
26 "西西里海峽" [shape = parallelogram];
27 "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"};
28 "西部地中海" -- {"西西里海峽" "第勒尼安海" "利古里亞海" "伊比利海" "阿爾沃蘭海"};
29 "愛奧尼亞海" -- "亞得里亞海";
30 "阿爾沃蘭海" -- "直布羅陀海峽";
31 }
32 }
▲ 圖7：地中海海域連線圖（加入屬性）。使用 fdp 渲染，種子為 3 (-Gstart=3)。
諸多屬性中，最常用的大概是 label 了。
label 可以決定節點、線段或子圖片上要顯示些什麼。如果您的節點名很長的話，可以在程式內部取個簡短的名稱， 之後透過短名稱操作它，另外透過 label 指定它的顯示內容。
color、fillcolor、fontcolor 這些屬性都是控制顏色用的，不過 fillcolor 只有在 style 被指定為 "filled" 時才會生效。
shape 可以指定節點的形狀，形狀列表官網這邊有一份資料可參考。
線段屬性方面。有向圖中的箭頭可透過 arrowhead 與 arrowtail 屬性來指定頭尾樣式。至於線段本身，則可透過 style 屬 性，指定不同型別的虛線與短截線。使用者還可以用 dir 屬性讓箭頭方向反過來。
另外還有一個 image 屬性，可以指定讓 node 顯示圖片，需要時也可參考看看。
......屬性實在太多，無法一一介紹，請查官網手冊獲得全面訊息。
rank
dot 語言中有一個叫作 rank 的概念。
所謂的 rank，在 dot 語言中，含意比較接近於「等級」。他主要用在 dot 渲染器中。
請看以下的圖：
▲ 圖8：rank 範例。
很明顯可以看出來，圖片被從上到下分為四層－這就是 rank。
下方是與上圖對應的 dot 陳述......
1 digraph demo{
2 a -> b -> c -> d;
3 b -> {e f};
4 }
觀察程式碼，可看出 rank 是如何被指定的。
其基本規則在於：每個線段的頭端，都會比尾端多出一個等級（在圖上面就是往下面一層）。
但等等，如果等級指定的語句彼此矛盾呢？
修改以上程式碼為......
1 digraph demo{
2 a -> b -> c -> d [label = "rank 增加"];
3 b -> {e f} [label = "rank 增加"];
4 f -> a [label = "不影響 rank"];
5 }
▲ 圖9：rank 範例。
看上面的結果，顯然 rank 的指定是「先說先贏」的。
除了基本規則外，rank 也可以透過屬性來加以調節，有必要時就把手冊抓出來查檢視。
參考資料
- 官網屬性手冊，要查屬性就來這看：
http://www.graphviz.org/content/attrs。 - 官網純文字版 Graphviz 使用說明兼 dot 語言手冊：
http://www.graphviz.org/doc/Dot.ref。 - 如果您偏好 pdf 版本的說明書，請到這邊下載：
http://www.graphviz.org/doc/dotguide.pdf。
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