Graphviz：一款强大的图形可视化开源软件

前言

图形可视化在机器学习、网络、软件工程、数据库、生物信息、网页设计等技术领域有着重要的应用，实用高效的自动图形绘制软件在今日显得越来越具价值。今天，笔者向大家推荐一款开源的图形可视化软件Graphviz（Graph Visualization Software）, 它使用方法简单，功能强大，能满足关系图、流程图、数据结构图、网络图、树形图等各种图形的绘制需求。

一、Graphviz简介

Graphviz由贝尔实验室开发，通过领域特定语言dot脚本绘制图形，并执行布局引擎来完成自动布局。它的主要特点包括：

  • 自动排版，布局美观；

  • 具备多种可供调整的有用特性包括颜色、字体、表格节点布局、线条样式、超链接、自定义形状等；

  • 生成图片支持bmp、emf、eps、gif、jpg、pdf、png、ps、svg、tif等多种格式；

  • 支持windows、linux、mac等多种操作系统。

二、下载安装

下载网址为
http://graphviz.org/download/，各平台下载安装方式均有介绍，过程简单，不再赘述。下文描述均基于windows系统。打开安装好的程序后如下图，只需在graph1.gv窗口输入Dot语言脚本，然后点击Layout按钮即可生成图片，Settings按钮可设置输出图片格式等。

三、Dot语言

图形可视化时要用软件能理解的格式来表示图形。Graphviz使用Dot语言格式，该格式可以以人类可读的方式编码图形的大多数属性。掌握Dot语言并不难，甚至对有编程基础的人员来说是非常简单，语法具体介绍见
https://graphviz.org/doc/info/lang.html，在此不赘述，通过下文所举示例即可掌握其常用部分。

四、绘图方法

4.1 基本方法

Dot语言主要描述3种对象：图、节点和边。图的形式可为有向图（关键字为digraph）或无向图（关键字为graph），另外在一个主图中还可通过subgraph定义子图。基本绘图方法示例如下：

如上，左图为Dot脚本，右图为输出结果。脚本第1行设定图属性和名称。如果1个字符串在脚本中第一次出现，它将会被创建为1个节点，比如“main”。注意，实际脚本中不需要行号，在此加上是为了更好地描述相关事项。

通常还要调整节点、边和图的属性和位置：

Dot脚本中方括号内为节点或边的属性；第12行设置了一个节点属性，随后第13行的compare节点继承了该属性。

4.2 无向图绘制

一个无向图的Dot脚本从关键字graph开始,后面跟图的名称。节点u和v之间的无向边可以由u -- v指定。举例如下：

4.3 有向图绘制

一个有向图的Dot脚本从关键字digraph开始,后面跟图的名称。节点u到v的有向边可以由u -> v指定。上文“基本方法”一节绘制的即为有向图，另举例如下：

4.4 绘图属性

Graphviz提供了大量的节点、边、图、箭头类型、颜色等属性可供用户调整，具体可从Graphviz官网文档查阅，本文仅用部分箭头属性示例：

4.5 高级功能

  • 节点连接方式

节点连接方向可通过headport和tailport进行设置，共有8种位置：n、ne、e、se、s、sw、w、nw，分别表示8个方位。注意headport表示有向边的箭头端即终端，tailport表示起始端，示例如下：

针对shape=record的节点，还可以指定节点连接的位置（使用<>来定位），比如下面的数据结构图：

  • 子图

绘制子图需使用subgraph关键字。如果最高层级图的复合属性compound设置为true，Dot将允许边与节点或子图连接。示例如下，注意b->f、c->e的连接方式：

五、结束语

根据上述介绍，可以看出Graphviz是一款功能强大、使用便捷、上手容易的开源图形可视化软件，能满足机器学习、网络、软件工程、数据库、生物信息、网页设计等技术领域的相关图形绘制需求。希望读者尝试去使用它，相信一定会对您的学习工作起到促进作用。

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