PostgreSQL圖(graph）的遞歸查詢實例

2020-01-31 15:20:33

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供稿：網友

背景

在樹形遞歸查詢這篇文章，我記錄了使用CTE語法查詢樹形結構的辦法。在一個樹形結構中，每一個節點最多有一個上級，可以有任意個數的下級。

在實際場景中，我們還會遇到對圖(graph）的查詢，圖和樹的最大區別是，圖的節點可以有任意個數的上級和下級。如下圖所示

因為圖可能存在loop結構（上圖紅色箭頭），所以在使用CTE遞歸的過程中，必須要破環（break loop），否則算法就會進入無限遞歸，永不結束。

存儲和查詢圖結構，目前當紅數據庫是neo4j，但是當數據量只有十幾萬條的時候，PostgreSQL完全可以勝任。

構造樣本數據

-- 每一條有向關系邊都存在上游，下游兩個節點drop table if exists demo.t_rel;create table if not exists demo.t_rel(up int , down int);-- 唯一約束，避免插入相同的關系alter table demo.t_rel add constraint udx_t_rel unique (up, down);insert into demo.t_rel values(6,5),(3,7),(5,1),(1,2),(5,2),(5,7),(7,2),(2,4),(7,4);-- 構造一條環數據，7-2-4-7delete from demo.t_rel where up=4 and down=7;insert into demo.t_rel values(4,7);

遞歸查詢

指定節點的下級

常見的一個場景是，給定一個節點，查詢這個節點的所有下級節點和路徑。使用破環的算法關鍵如下

使用數組保存當前的路徑信息。
計算下一個節點之前，判斷該節點是否已經存在于路徑上。如果是，就說明該點是環的起點，必須排除這個節點來達到破環的效果。
起始節點和最大深度，都是可選的。如果忽略這兩個條件，就會返回完整的圖信息。

with recursive downstream as(	select 1 as lvl, r.up, r.down, 			-- 保存當前路徑			array[]::int[] || r.up || r.down as trace 		from demo.t_rel r  	where r.up = 7 -- 指定起點	union all	select ds.lvl +1, r.up, r.down, ds.trace || r.down		from demo.t_rel r , downstream ds 	where r.up = ds.down		-- 破環		and not r.down = any(ds.trace)		and ds.lvl < 20 -- 最大深度)select * from downstream ds;

上面以節點7為開始，返回下級的所有節點和路徑信息，如下。

-- 可以看到并沒有包括7-2-4-7這條環。 lvl | up | down | trace-----+----+------+--------- 1 | 7 | 2 | {7,2} 1 | 7 | 4 | {7,4} 2 | 2 | 4 | {7,2,4}(3 rows)

指定節點的所有關聯

在社交網絡的場景中，我們根據一個特定的節點，查詢所有的關系網。在本文的樣本數據中，我們的需求就變成，同時查詢指定節點的所有上級和下級。

為了方便后面的測試，我們封裝一個函數

drop function if exists f_get_rel;/*取得某個節點的相關聯節點，和路徑信息。@start_node 起始節點。@direct_flag 查詢方向，-1：查找上級；1：查找下級； 0：查找上下級；@max_depth 遞歸深度，即查找最多幾級關系。*/create or replace function f_get_rel(start_node int, direct_flag int=1, max_depth int=20) 	returns table (direct int, cur_depth int, up_node int, down_node int, trace int[])as $$begin	return query 		with recursive 		downstream as		(			select 1 as lvl, r.up, r.down, array[]::int[] || r.up || r.down as trace 				from demo.t_rel r 			where r.up = start_node				and direct_flag in (0, 1)			union all			select ds.lvl +1, r.up, r.down, ds.trace || r.down				from demo.t_rel r , downstream ds 			where r.up = ds.down				and not r.down = any(ds.trace)				and ds.lvl < max_depth		),		upstream as		(			select 1 as lvl, r.up, r.down, array[]::int[] || r.up || r.down as trace 				from demo.t_rel r 			where r.down = start_node				and direct_flag in (0, -1)			union all			select us.lvl +1, r.up, r.down, r.up || us.trace 				from demo.t_rel r , upstream us 			where r.down = us.up				and not r.up = any(us.trace)				and us.lvl < max_depth		)		select -1, us.* from upstream us 			union all 		select 1, ds.* from downstream ds		order by 1 desc, lvl, up, down	;end;$$ language plpgsql strict;

測試一下，查詢節點7的所有3度關聯節點信息，如下

dap=# select * from demo.f_get_rel(7,0,3); direct | cur_depth | up_node | down_node | trace--------+-----------+---------+-----------+-----------  1 |   1 |  7 |   2 | {7,2}  1 |   1 |  7 |   4 | {7,4}  1 |   2 |  2 |   4 | {7,2,4}  -1 |   1 |  3 |   7 | {3,7}  -1 |   1 |  4 |   7 | {4,7}  -1 |   1 |  5 |   7 | {5,7}  -1 |   2 |  2 |   4 | {2,4,7}  -1 |   2 |  6 |   5 | {6,5,7}  -1 |   3 |  1 |   2 | {1,2,4,7}  -1 |   3 |  5 |   2 | {5,2,4,7}(10 rows)

圖形顯示結果

ECharts模板

在沒有集成圖形界面之前，使用ECharts的示例代碼（地址），可以直觀的查看關系圖譜。對官方樣表進行微調之后，代碼如下
注意代碼中的 data 和 links 部分需要進行替換

option = { title: {  text: '數據圖譜' }, tooltip: {}, animationDurationUpdate: 1500, animationEasingUpdate: 'quinticInOut', series : [  {   type: 'graph',   layout: 'force',   force: {     repulsion: 1000    },   focusNodeAdjacency: true,   symbolSize: 30,   roam: true,   label: {    normal: {     show: true    }   },   edgeSymbol: ['circle', 'arrow'],   edgeSymbolSize: [4, 10],   edgeLabel: {    normal: {     textStyle: {      fontSize: 20     }    }   },   data: [    { name:"2", draggable: true, symbolSize:20},   ],   links: [    { source:"2", target:"4"},   ],  } ]};

造顯示用數據

構造 data 部分

-- 根據節點的關聯點數量，設置圖形大小with rel as (select * from f_get_rel(7,0,2)),	up_nodes as (select up_node, count(distinct down_node) as out_cnt from rel group by up_node),	down_nodes as (select down_node, count(distinct up_node) as in_cnt from rel group by down_node),	node_cnt as ( select up_node as node, out_cnt as cnt from up_nodes union all select * from down_nodes )select '{ name:"' || n.node || '", draggable: true, symbolSize:' || sum(n.cnt) * 10 || '},' as node	from node_cnt ngroup by n.nodeorder by 1;

構造 links 部分

select distinct r.up_node, r.down_node, '{ source:"'|| r.up_node ||'", target:"'|| r.down_node ||'"},' as links 	from f_get_rel(7,0,3) rorder by r.up_node	;

圖形顯示

把構造的data和links替換到ECharts代碼里面

查詢節點7的所有2度關聯節點信息，結果顯示如下