这篇blog主要和大家分享一下neo4j中是如何对节点进行遍历,和其中集成的图论的一些常用算法。

遍历

http://docs.neo4j.org.cn/tutorials-java-embedded-traversal.html   这是neo4j官方的中文教程。

  1. private static Traverser getFriends(Node node )
  2. {
  3. TraversalDescription td = Traversal.description()
  4. .breadthFirst()
  5. .relationships( RelTypes.KNOWS, Direction.OUTGOING )
  6. .evaluator( Evaluators.excludeStartPosition() );
  7. return td.traverse( node );
  8. }
private static Traverser getFriends(Node node )
{
TraversalDescription td = Traversal.description()
.breadthFirst()
.relationships( RelTypes.KNOWS, Direction.OUTGOING )
.evaluator( Evaluators.excludeStartPosition() );
return td.traverse( node );
}

TraversalDescription提供了用户遍历节点的方法,并且用户需要自己添加遍历的条件。

首先用户可以定义是使用深度优先还收广度优先 breadthFirst() 和 depthFirst();relationships定义了遍历取得节点的关系类型,是入度Direction.INCOMING还是出度Direction.OUTGOING还是both;evaluator用来定义筛选的条件,比如去掉开始节点,结束节点,遍历深度(toDepth(3))等,具体可以参照官方的API文档。
  1. int num = 0;
  2. String result = neoNode.getProperty( "name" ) + "'s friends:\n";
  3. Traverser friendsTraverser = getFriends( neoNode );
  4. for ( Path friendPath : friendsTraverser )
  5. {
  6. output += "At depth " + friendPath.length() + " => "
  7. + friendPath.endNode()
  8. .getProperty( "name" ) + "\n";
  9. numberOfFriends++;
  10. }
  11. output += "Number of friends found: " + numberOfFriends + "\n";
int num = 0;
String result = neoNode.getProperty( "name" ) + "'s friends:\n";
Traverser friendsTraverser = getFriends( neoNode );
for ( Path friendPath : friendsTraverser )
{
output += "At depth " + friendPath.length() + " => "
+ friendPath.endNode()
.getProperty( "name" ) + "\n";
numberOfFriends++;
}
output += "Number of friends found: " + numberOfFriends + "\n";

打印出结果

  1. Thomas Anderson's friends:
  2. At depth 1 => Trinity
  3. At depth 1 => Morpheus
  4. At depth 2 => Cypher
  5. At depth 3 => Agent Smith
  6. 找到朋友的数量: 4
Thomas Anderson's friends:
At depth 1 => Trinity
At depth 1 => Morpheus
At depth 2 => Cypher
At depth 3 => Agent Smith
找到朋友的数量: 4

下面介绍如何按照一个预先定义好的顺序遍历图。

创建一个数据库
  1. Node A = db.createNode();
  2. Node B = db.createNode();
  3. Node C = db.createNode();
  4. Node D = db.createNode();
  5. A.createRelationshipTo( B, REL1 );
  6. B.createRelationshipTo( C, REL2 );
  7. C.createRelationshipTo( D, REL3 );
  8. A.createRelationshipTo( C, REL2 );
Node A = db.createNode();
Node B = db.createNode();
Node C = db.createNode();
Node D = db.createNode();
A.createRelationshipTo( B, REL1 );
B.createRelationshipTo( C, REL2 );
C.createRelationshipTo( D, REL3 );
A.createRelationshipTo( C, REL2 );

现在关系(REL1-->REL2-->REL), 当遍历的时候,Evaluator能够对它进行检验,确保只有该关系顺序的路径才会被包括。

  1. ArrayList<RelationshipType> orderedPathContext = new ArrayList<RelationshipType>();
  2. orderedPathContext.add( REL1 );
  3. orderedPathContext.add( withName( "REL2" ) );
  4. orderedPathContext.add( withName( "REL3" ) );
  5. TraversalDescription td = Traversal.description()
  6. .evaluator( new Evaluator()
  7. {
  8. @Override
  9. public Evaluation evaluate( final Path path )
  10. {
  11. if ( path.length() == 0 )
  12. {
  13. return Evaluation.EXCLUDE_AND_CONTINUE;
  14. }
  15. RelationshipType expectedType = orderedPathContext.get( path.length() - 1 );
  16. boolean isExpectedType = path.lastRelationship()
  17. .isType( expectedType );
  18. boolean included = path.length() == orderedPathContext.size()
  19. && isExpectedType;
  20. boolean continued = path.length() < orderedPathContext.size()
  21. && isExpectedType;
  22. return Evaluation.of( included, continued );
  23. }
  24. } );
ArrayList<RelationshipType> orderedPathContext = new ArrayList<RelationshipType>();
orderedPathContext.add( REL1 );
orderedPathContext.add( withName( "REL2" ) );
orderedPathContext.add( withName( "REL3" ) );
TraversalDescription td = Traversal.description()
.evaluator( new Evaluator()
{
@Override
public Evaluation evaluate( final Path path )
{
if ( path.length() == 0 )
{
return Evaluation.EXCLUDE_AND_CONTINUE;
}
RelationshipType expectedType = orderedPathContext.get( path.length() - 1 );
boolean isExpectedType = path.lastRelationship()
.isType( expectedType );
boolean included = path.length() == orderedPathContext.size()
&& isExpectedType;
boolean continued = path.length() < orderedPathContext.size()
&& isExpectedType;
return Evaluation.of( included, continued );
}
} );

打印出结果

  1. Traverser traverser = td.traverse( A );
  2. PathPrinter pathPrinter = new PathPrinter( "name" );
  3. for ( Path path : traverser )
  4. {
  5. output += Traversal.pathToString( path, pathPrinter );
  6. }
Traverser traverser = td.traverse( A );
PathPrinter pathPrinter = new PathPrinter( "name" );
for ( Path path : traverser )
{
output += Traversal.pathToString( path, pathPrinter );
}

用户也可以通过自定义格式输出路径。

  1. static class PathPrinter implements Traversal.PathDescriptor<Path>
  2. {
  3. private final String nodePropertyKey;
  4. public PathPrinter( String nodePropertyKey )
  5. {
  6. this.nodePropertyKey = nodePropertyKey;
  7. }
  8. @Override
  9. public String nodeRepresentation( Path path, Node node )
  10. {
  11. return "(" + node.getProperty( nodePropertyKey, "" ) + ")";
  12. }
  13. @Override
  14. public String relationshipRepresentation( Path path, Node from,
  15. Relationship relationship )
  16. {
  17. String prefix = "--", suffix = "--";
  18. if ( from.equals( relationship.getEndNode() ) )
  19. {
  20. prefix = "<--";
  21. }
  22. else
  23. {
  24. suffix = "-->";
  25. }
  26. return prefix + "[" + relationship.getType().name() + "]" + suffix;
  27. }
  28. }
static class PathPrinter implements Traversal.PathDescriptor<Path>
{
private final String nodePropertyKey;
public PathPrinter( String nodePropertyKey )
{
this.nodePropertyKey = nodePropertyKey;
} @Override
public String nodeRepresentation( Path path, Node node )
{
return "(" + node.getProperty( nodePropertyKey, "" ) + ")";
} @Override
public String relationshipRepresentation( Path path, Node from,
Relationship relationship )
{
String prefix = "--", suffix = "--";
if ( from.equals( relationship.getEndNode() ) )
{
prefix = "&lt;--";
}
else
{
suffix = "--&gt;";
}
return prefix + "[" + relationship.getType().name() + "]" + suffix;
}

}

 图算法

neo4j中集成了一些常用的图算法,包括最短路径,Dijkstra,A*算法。
最短路径
  1. public Iterable<Path> findShortestPath(Node node1, Node node2) {
  2. PathFinder<Path> finder = GraphAlgoFactory.shortestPath(
  3. Traversal.expanderForTypes(RelTypes.KNOWS, Direction.BOTH), 10);
  4. Iterable<Path> paths = finder.findAllPaths(node1, node2);
  5. return paths;
  6. }
public Iterable<Path> findShortestPath(Node node1, Node node2) {
PathFinder<Path> finder = GraphAlgoFactory.shortestPath(
Traversal.expanderForTypes(RelTypes.KNOWS, Direction.BOTH), 10);
Iterable<Path> paths = finder.findAllPaths(node1, node2);
return paths;
}
  1. for(Path shortestPath: findShortestPath(aa, ab)) {
  2. System.out.println(shortestPath.toString());
  3. }
for(Path shortestPath: findShortestPath(aa, ab)) {
System.out.println(shortestPath.toString());
}

Traversal.expanderForTypes用来定义遍历的深度和节点关系的出入度。

Dijkstra解决有向图中任意两个顶点之间的最短路径问题。
  1. PathFinder<WeightedPath> finder = GraphAlgoFactory.dijkstra(
  2. Traversal.expanderForTypes( ExampleTypes.MY_TYPE, Direction.BOTH ), "cost" );
  3. WeightedPath path = finder.findSinglePath( nodeA, nodeB );
  4. path.weight();
PathFinder<WeightedPath> finder = GraphAlgoFactory.dijkstra(
Traversal.expanderForTypes( ExampleTypes.MY_TYPE, Direction.BOTH ), "cost" ); WeightedPath path = finder.findSinglePath( nodeA, nodeB );

path.weight();

 使用 A*算法是解决静态路网中求解最短路最有效的方法。

  1. Node nodeA = createNode( "name", "A", "x", 0d, "y", 0d );
  2. Node nodeB = createNode( "name", "B", "x", 7d, "y", 0d );
  3. Node nodeC = createNode( "name", "C", "x", 2d, "y", 1d );
  4. Relationship relAB = createRelationship( nodeA, nodeC, "length", 2d );
  5. Relationship relBC = createRelationship( nodeC, nodeB, "length", 3d );
  6. Relationship relAC = createRelationship( nodeA, nodeB, "length", 10d );
  7. EstimateEvaluator<Double> estimateEvaluator = new EstimateEvaluator<Double>()
  8. {
  9. public Double getCost( final Node node, final Node goal )
  10. {
  11. double dx = (Double) node.getProperty( "x" ) - (Double) goal.getProperty( "x" );
  12. double dy = (Double) node.getProperty( "y" ) - (Double) goal.getProperty( "y" );
  13. double result = Math.sqrt( Math.pow( dx, 2 ) + Math.pow( dy, 2 ) );
  14. return result;
  15. }
  16. };
  17. PathFinder<WeightedPath> astar = GraphAlgoFactory.aStar(
  18. Traversal.expanderForAllTypes(),
  19. CommonEvaluators.doubleCostEvaluator( "length" ), estimateEvaluator );
  20. WeightedPath path = astar.findSinglePath( nodeA, nodeB );
Node nodeA = createNode( "name", "A", "x", 0d, "y", 0d );
Node nodeB = createNode( "name", "B", "x", 7d, "y", 0d );
Node nodeC = createNode( "name", "C", "x", 2d, "y", 1d );
Relationship relAB = createRelationship( nodeA, nodeC, "length", 2d );
Relationship relBC = createRelationship( nodeC, nodeB, "length", 3d );
Relationship relAC = createRelationship( nodeA, nodeB, "length", 10d ); EstimateEvaluator<Double> estimateEvaluator = new EstimateEvaluator<Double>()

{

public Double getCost( final Node node, final Node goal )

{

double dx = (Double) node.getProperty( "x" ) - (Double) goal.getProperty( "x" );

double dy = (Double) node.getProperty( "y" ) - (Double) goal.getProperty( "y" );

double result = Math.sqrt( Math.pow( dx, 2 ) + Math.pow( dy, 2 ) );

return result;

}

};

PathFinder<WeightedPath> astar = GraphAlgoFactory.aStar(

Traversal.expanderForAllTypes(),

CommonEvaluators.doubleCostEvaluator( "length" ), estimateEvaluator );

WeightedPath path = astar.findSinglePath( nodeA, nodeB );

 

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