GraphViz 绘制图形入门

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DOT, GraphViz 简介

1. DOT 是一种文本图形描述语言。DOT 语言文件通常具有 .gv 或是 .dot 的文件扩展名。在编写好 DOT 文件之后，需要有专门的程序处理这些文件并将其渲染成为图片，dot 就是其中一款程序，它可以将 DOT 语言描述的图形渲染成 GIF,PNG,SVG,PDF 等多种格式文件。
2. GraphViz 是一个开源软件包，提供可以运行 DOT 文件的 dot 程序。Graphviz 中包含了众多的布局器：

• dot， 默认布局方式，主要用于有向图
• neato， 基于 spring-model (又称 force-based )算法
• twopi， 径向布局
• circo， 圆环布局
• fdp， 用于无向图

基本用法，以下语句绘制一个简单的有向图：

digraph G{
    a->b;
    b->d;
    c->d;
}

运行命令行 dot -Tsvg graphviz_example_1.dot -o graphviz_example_1.svg，上面的代码得到以下结果：

示例

• 强调一条路径

graph {
    rankdir=LR;
    a -- b -- d -- c -- f[color=red,penwidth=3.0];
    b -- c;
    d -- e;
    e -- f;
    a -- d;
}

• 聚集子图

digraph {
    subgraph cluster_0 {
        label="聚集子图 1";
        a -> b;
        b -> c;
    }

    subgraph cluster_1 {
        label="聚集子图 2";
        a -> f;
        f -> c;
    }
}

需要注意的是，子图的名称前缀必须为 cluter 才可以显示边框及 label。

• 自动机

digraph finite_state_machine {
	rankdir=LR;
	size="8,5"
	node [shape = doublecircle]; LR_0 LR_4;
	node [shape = circle];
	LR_0 -> LR_2 [ label = "SS(B)" ];
	LR_0 -> LR_1 [ label = "SS(S)" ];
	LR_2 -> LR_6 [ label = "SS(b)" ];
	LR_2 -> LR_5 [ label = "SS(a)" ];
	LR_2 -> LR_4 [ label = "S(A)" ];
	LR_5 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
	LR_6 -> LR_6 [ label = "S(b)" ];
	LR_6 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
}

DOT 语法

结点或者边都可以通过语法 (node|edge) attr_list 指定属性列表 attr_list，比如文字字体 family、大小、结点形状、箭头形状、箭头起始位置等等。关于属性的选择可以参考官方文档 https://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html。

digraph {
  Tinos [ fontname="Tinos" ];
  Handlee [ fontname="Handlee" ];
  "Sedgwick Ave" [ fontname="Sedgwick Ave" ];
  "*also Sedgwick*";
}

Graph 属性

• label="Simple_Graph" 为图加 label
• rankdir=LR 图结构从左往右，默认 TB (top-bottom)
• splines="line" 强制直边，不要弯曲边

Edge 属性

• graph 画无向图，diagraph 有向图
• 在边上可以指定属性，比如 hello -> world [ color="orange", penwidth=3.0 ]; 设定着色为橙色，penwidth 加粗边

Others

• 小技巧：有时候当结点及边过多，结点的上下或者左右顺序发生变化，我们可能添加隐形的边来强制它们之间关系。比如 a->b [style=invisible, dir=none];

写作主要参考

• 几个简单但很有代表性的例子 https://graphs.grevian.org/example
• 比较 formal，有点像工具集文档。https://www.graphviz.org/pdf/dotguide.pdf
• GraphViz Gitlab 文档 http://graphviz.gitlab.io/gallery/
• Python API https://graphviz.readthedocs.io/en/stable/manual.html