PostgreSQL图(graph）的递归查询实例

背景

在树形递归查询这篇文章，我记录了使用CTE语法查询树形结构的办法。在一个树形结构中，每一个节点最多有一个上级，可以有任意个数的下级。

在实际场景中，我们还会遇到对图(graph）的查询，图和树的最大区别是，图的节点可以有任意个数的上级和下级。如下图所示

因为图可能存在loop结构（上图红色箭头），所以在使用CTE递归的过程中，必须要破环（break loop），否则算法就会进入无限递归，永不结束。

存储和查询图结构，目前当红数据库是neo4j，但是当数据量只有十几万条的时候，PostgreSQL完全可以胜任。

构造样本数据

1. -- 每一条有向关系边都存在上游，下游两个节点
2. drop table if exists demo.t_rel;
3. create table if not exists demo.t_rel(up int , down int);
4.  
5. -- 唯一约束，避免插入相同的关系
6. alter table demo.t_rel add constraint udx_t_rel unique (up, down);
7.  
8. insert into demo.t_rel values(6,5),(3,7),(5,1),(1,2),(5,2),(5,7),(7,2),(2,4),(7,4);
9.  
10. -- 构造一条环数据，7-2-4-7
11. delete from demo.t_rel where up=4 and down=7;
12. insert into demo.t_rel values(4,7);

递归查询

指定节点的下级

常见的一个场景是，给定一个节点，查询这个节点的所有下级节点和路径。使用破环的算法关键如下

• 使用数组保存当前的路径信息。
• 计算下一个节点之前，判断该节点是否已经存在于路径上。如果是，就说明该点是环的起点，必须排除这个节点来达到破环的效果。
• 起始节点和最大深度，都是可选的。如果忽略这两个条件，就会返回完整的图信息。

1. with recursive
2. downstream as
3. (
4. select 1 as lvl, r.up, r.down,
5. -- 保存当前路径
6. array[]::int[] || r.up || r.down as trace
7. from demo.t_rel r
8. where r.up = 7 -- 指定起点
9. union all
10. select ds.lvl +1, r.up, r.down, ds.trace || r.down
11. from demo.t_rel r , downstream ds
12. where r.up = ds.down
13. -- 破环
14. and not r.down = any(ds.trace)
15. and ds.lvl < 20 -- 最大深度
16. )
17. select * from downstream ds;

上面以节点7为开始，返回下级的所有节点和路径信息，如下。

1. -- 可以看到并没有包括7-2-4-7这条环。
2. lvl | up | down | trace
3. -----+----+------+---------
4. 1 | 7 | 2 | {7,2}
5. 1 | 7 | 4 | {7,4}
6. 2 | 2 | 4 | {7,2,4}
7. (3 rows)

指定节点的所有关联

在社交网络的场景中，我们根据一个特定的节点，查询所有的关系网。在本文的样本数据中，我们的需求就变成，同时查询指定节点的所有上级和下级。

为了方便后面的测试，我们封装一个函数

1. drop function if exists f_get_rel;
2.  
3. /*
4. 取得某个节点的相关联节点，和路径信息。
5. @start_node 起始节点。
6. @direct_flag 查询方向，-1：查找上级；1：查找下级； 0：查找上下级；
7. @max_depth 递归深度，即查找最多几级关系。
8. */
9. create or replace function f_get_rel(start_node int, direct_flag int=1, max_depth int=20)
10. returns table (direct int, cur_depth int, up_node int, down_node int, trace int[])
11. as $$
12. begin
13.  
14. return query
15. with recursive
16. downstream as
17. (
18. select 1 as lvl, r.up, r.down, array[]::int[] || r.up || r.down as trace
19. from demo.t_rel r
20. where r.up = start_node
21. and direct_flag in (0, 1)
22. union all
23. select ds.lvl +1, r.up, r.down, ds.trace || r.down
24. from demo.t_rel r , downstream ds
25. where r.up = ds.down
26. and not r.down = any(ds.trace)
27. and ds.lvl < max_depth
28. ),
29. upstream as
30. (
31. select 1 as lvl, r.up, r.down, array[]::int[] || r.up || r.down as trace
32. from demo.t_rel r
33. where r.down = start_node
34. and direct_flag in (0, -1)
35. union all
36. select us.lvl +1, r.up, r.down, r.up || us.trace
37. from demo.t_rel r , upstream us
38. where r.down = us.up
39. and not r.up = any(us.trace)
40. and us.lvl < max_depth
41. )
42. select -1, us.* from upstream us
43. union all
44. select 1, ds.* from downstream ds
45. order by 1 desc, lvl, up, down
46. ;
47.  
48. end;
49. $$ language plpgsql strict;

测试一下，查询节点7的所有3度关联节点信息，如下

1. dap=# select * from demo.f_get_rel(7,0,3);
2. direct | cur_depth | up_node | down_node | trace
3. --------+-----------+---------+-----------+-----------
4. 1 | 1 | 7 | 2 | {7,2}
5. 1 | 1 | 7 | 4 | {7,4}
6. 1 | 2 | 2 | 4 | {7,2,4}
7. -1 | 1 | 3 | 7 | {3,7}
8. -1 | 1 | 4 | 7 | {4,7}
9. -1 | 1 | 5 | 7 | {5,7}
10. -1 | 2 | 2 | 4 | {2,4,7}
11. -1 | 2 | 6 | 5 | {6,5,7}
12. -1 | 3 | 1 | 2 | {1,2,4,7}
13. -1 | 3 | 5 | 2 | {5,2,4,7}
14. (10 rows)

图形显示结果

ECharts模板

在没有集成图形界面之前，使用ECharts的示例代码（地址），可以直观的查看关系图谱。对官方样表进行微调之后，代码如下
注意 代码中的 data 和 links 部分需要进行替换

1. option = {
2. title: {
3. text: '数据图谱'
4. },
5. tooltip: {},
6. animationDurationUpdate: 1500,
7. animationEasingUpdate: 'quinticInOut',
8. series : [
9. {
10. type: 'graph',
11. layout: 'force',
12. force: {
13. repulsion: 1000
14. },
15. focusNodeAdjacency: true,
16. symbolSize: 30,
17. roam: true,
18. label: {
19. normal: {
20. show: true
21. }
22. },
23. edgeSymbol: ['circle', 'arrow'],
24. edgeSymbolSize: [4, 10],
25. edgeLabel: {
26. normal: {
27. textStyle: {
28. fontSize: 20
29. }
30. }
31. },
32. data: [
33. { name:"2", draggable: true, symbolSize:20},
34. ],
35. links: [
36. { source:"2", target:"4"},
37. ],
38.  
39. }
40. ]
41. };

造显示用数据

构造 data 部分

1. -- 根据节点的关联点数量，设置图形大小
2. with rel as (select * from f_get_rel(7,0,2)),
3. up_nodes as (select up_node, count(distinct down_node) as out_cnt from rel group byup_node),
4. down_nodes as (select down_node, count(distinct up_node) as in_cnt from rel group bydown_node),
5. node_cnt as ( select up_node as node, out_cnt as cnt from up_nodes union all select * fromdown_nodes )
6. select '{ name:"' || n.node || '", draggable: true, symbolSize:' || sum(n.cnt) * 10 || '},' asnode
7. from node_cnt n
8. group by n.node
9. order by 1;

构造 links 部分

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

图形显示

把构造的data和links替换到ECharts代码里面

查询节点7的所有2度关联节点信息，结果显示如下

查询节点7的所有关联节点信息（不限层级数），结果显示如下

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对我们的支持。