2.1. Общие сведения о системе

Каждый из нас неоднократно сталкивался с задачей графически отразить в создаваемом документе простой граф, отражающий связи двух понятий, или представляющий процесс, структуру базы данных, компьютерную сеть, другие какие-либо отношения. Graphviz - открытое исходное программное обеспечение описания визуализации графов. Он позволяет представлять разнообразную структурную информацию в желаемом виде без особых усилий. Это – мощный инструмент, работающий со специальными алгоритмами, направленными на уточненное описание графа.

Преимуществом данного инструмента является тот факт, что команды его языка описываются во внешнем текстовом файле. Это дает возможность генерировать необходимый граф, изменяя или дополняя текстовое описание текстового файла, что делает его достаточно подвижным, гибким и динамическим по сравнению с такими средствами графической визуализации, как MS Visio или Smartdraw.

Graphviz имеет несколько исполняющих модулей, в основе которых лежат интеллектуальные алгоритмы, позволяющие:

• формировать граф в виде изображения стандартного графического формата (gif, png, jpeg, eps);

• редактировать уже исполненный граф.

Каждый модуль имеет свою специализацию:

dot – внешнее представление графа в виде иерархии;

neato – симметричное расположение объектов графа (многоразмерное масштабирование);

fdp – симметричное расположение объектов графа (многоразмерное масштабирование);

twopi – радиальное расположение объектов графа;

circo – круговое расположение объектов графа;

dotty – редактирование исполненного графа.

2.2. Инсталляция Graphviz

Инсталляция Graphviz проста, так как имеется специальный инсталляционный exe.файл, используемый для этих целей. Кроме MS Windows имеются инсталляционные пакеты для операционных систем Linux, Mac и др. Важно учесть, что Graphviz является свободно-распространяемым программным продуктом.

2.3. Общие представления об языке Graphviz

Описания графа производится в текстовом файле, который преобразуется в графический файл (gif, png, jpeg, eps), содержащий граф. Для поддержки русского алфавита необходимо сохранять текстовый файл в формате UTF-8. Это связано с поддержкой кросс-платформенных графических библиотек.

Граф представляет собой совокупность узлов (nodes) и ребер (edges). Узлы представляют собой различные геометрические фигуры (прямоугольники, эллипсы, таблицы записей и др.); ребра могут быть одно – двунаправленными или без указаний направлений. В системе Graphviz реализовано несколько алгоритмов представления графов, поддерживаемые различными модулями (dot, neato, circo, twopi, fdp).

Простейший граф, состоящий из трех элементов (рис.2.1а) может быть представлен в ниже приведенном виде.

Текст данного графа:

digraph{a-> b->c}.

Или этот же граф можно описать одной строкой:

digraph{ a-> b; b->c}.

Граф, представленный на рис. 2.1б, описан следующим образом:

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

Граф на рис. 2.1в можно описать в виде:

digraph{ a-> b; b->c; c->a}.

а б в

Рис. 2.1. Простейшие графы

Из примеров понятно, что описание графа задается внутри фигурных скобок после ключевого слова digraph {…}. Ребра для направленного графа задаются в виде “->” (дефис и знак “больше”). Поэтому, ребра графов могут быть направленными и ненаправленными и сам граф в зависимости от ребер, тоже может быть направленным или ненаправленным. В случае создания ненаправленного графа используется команда graph {…}. Тогда и ребра в программе должны быть заданы специальным символом “--” (двойной дефис).

Так как создаваемый графический объект имеет свои параметры – высоту, ширину, плотность, а также определенный дизайн исполнения, то система поддерживает ряд необходимых настроек: настройки графа в целом, настройки узлов графа и настройки его ребер. Все настройки определяют свойства графа и его элементов (табл. 1).

Таблица 2.1. Свойства узлов, ребер, графа

Node attributes
Name	Default	Values
color	black	Node shape color
comment		Any string( format-dependent)
distortion	0.0	Node distortion for shape=polygon
fillcolor	Light grey/black	Node fill color
fixedsize	false	Label text has no affect on node size
fontcolor	black	Type face color
fontname	Times-Roman	Font family
fontsize	14	Point size of label
group		Name of node’s group
height	.5	Height in inches
label	nodename	Any string
layer	Over lay range	all, id or id:id
orientation	0.0	Node rotation angle
peripheries	shape -dependent	Number of node boundaries
regular	false	Force polygon to be regular
shape	ellipse	Node shape; see Section 2.1 and Appendix E
shapefile		external EPS For SVG custom shape file
sides	4	Number of sides for shape=polygon
skew	0.0	Skewing of node for shape=polygon
style		Graphics options, e.g. bold, dotted, filled; cf. Section 2.3
URL		URL associated with node (format-dependent)
width	.75	Width in inches
z	0.0	Z coordinate for VRML output
Edge attributes
Name	Default	Values
arrowhead	normal	Style of arrow head at hea dend
arrowsize	1.0	Scaling factor for arrow heads
arrowtail	normal	Style of arrow head at tailend
color	black	Edge stroke color
comment		Anystring (format-dependent)
constraint	true	Use edge to affect node ranking
decorate		If set, draws a line connecting labels with their edges
dir	forward	forward, back, both, or none
fontcolor	black	Type face color
fontname	Times-Roman	font family
fontsize	14	Point size of label
headlabel		Label placed near head of edge
headport		n, ne, e, se, s, sw, w, nw
headURL		URL attached to head label if output for mat is ismap
label		Edge label
labelangle	-25.0	Angle in degrees which head or tail label is rotated off edge
labeldistance	1.0	Scaling factor for distance of head or tail label from node
labelfloat	false	Lessen constraints on edge label place ment
labelfontcolor	black	Type face color for head and tail labels
labelfontname	Times-Roman	Font family for head and tail labels
labelfontsize	14	Point size for head and tail labels
layer		Over lay range all, id or id:id
lhead		Name of cluster to use as head of edge
ltail		Name of cluster to use as tail of edge
minlen	1	Minimum rank distance between head and tail
samehead		Tag for head node; edge heads with the same tag are merged on to the same port
sametail		Tag for tail node; edge tails with the same tag are merged onto the same port
style		Graphics options, e.g. bold, dotted, filled; cf. Section 2.3
taillabel		Label placed near tail of edge
tailport		n, ne, e, se, s, sw, w, nw
tailURL		URL attached to tail label if output for mat is ismap
weight	1	Integer cost of stretching an edge
Graph attributes
Name	Default	Values
bgcolor		Back ground color for drawing, plus initial fill color
center	false	Center drawing on page
clusterrank	local	May be global or none
color	black	For clusters, outline color, and fill color if fill color not defined
comment		Any string (format-dependent)
compound	false	Allow edges between clusters
concentrate	false	Enables edge concentrators
fillcolor	black	Cluster fill color
fontcolor	black	Type face color
fontname	Times-Roman	Font family
fontpath		List of directories to search for fonts
fontsize	14	Point size of label
label		anystring
labeljust	centered	”l” and ”r” for left- and right- justified cluster labels, respectively
labelloc	top	”t” and ”b” for top- and bottom- justified cluster labels, respectively
layers		id:id:id...
margin	.5	Margin included in page, inches
mclimit	1.0	Scale factor forming crossiterations
nodesep	.25	Separation between nodes, ininches.
nslimit		(if set to f, bounds network simplex iterations by (f) (number of nodes) when setting x-coordinates
nslimit1		If set to f, bounds network simplex iterations by (f) (number of nodes) when ranking nodes
ordering		if out edge order is preserved
orientation	portrait	if rotate is not used and the value is landscape, use landscape orientation
page		Unit of pagination, e.g. "8.5,11"
pagedir	BL	Traversal order of pages
quantum		if quantum ¿0.0, node label dimension swill be rounded to integral multiples of quantum
rank		same, min, max, source or sink
rankdir	TB	LR (left to right) or TB (top to bottom)
ranksep	.75	Separation between ranks, in inches
ratio		Approximate aspect ratio desired, fill or auto
remincross		If true and there are multiple clusters, re-run crossing minimization
rotate		If 90, set orientation to landscape
samplepoints	8	Number of points used to represent ellipses and circles on output (cf. Appendix C
searchsize	30	Maximum edges with negative cut values to check when looking for a minimum x one during network simple
size		Maximum drawing size, in inches
style		Graphics options, e.g. filled for clusters URL
URL)		Associated with graph (format-dependent

Для изменения направления графа с вертикального на горизонтальное отображение используется команды:

rankdir= LR;//left-right (слева-направо);

rankdir= RL;// -right-left (справа- налево);

rankdir= BT;//bottom-top (снизу-вверх);

rankdir= TB;// top-bottom (сверху-вниз).

По умолчанию при составлении графа система представляет узел как набор следующих свойств shape=ellipse, width=.75, height=.5 с определением имени узла посредством использования команды label=”имя”. Имеются и другие возможные представления узлов: Box (прямоугольник), circle (окружность), record (запись таблицы) and plaintext (комплексное описание части графа). Типы возможных представлений узлов приведены на рис.2.2.

Рис. 2.2. Типы узлов графа (Node Shapes)

Для замены графического отображения узлов графа в виде прямоугольников (рис. 2.4а) необходимо задать команду описания узла node[shape=rectangle], которая используется в общем описании графа:

digraph{rankdir=BT;node[shape=rectangle]

a-> b; b->c; b->d}

Ребра также имеют свои свойства и если они не упомянуты в создаваемой программе, то по умолчанию, будет принято изображение normal в виде либо направленной стрелки, либо прямой (в зависимости от того, какой граф создается – направленный или нет). Другие типы ребер должны быть заданы после описания связи между узлами. Эти типы приведены на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Типы ребер графа (ArrowheadTypes)

Clusters (кластеры). Это еще один структурный элемент языка Graphviz. Их использование позволяет выделить в графе подграф, который характеризуется самостоятельным поведением и имеет общие для всех своих элементов воздействия. Чтобы указать в программе на реализацию кластера, необходимо на должном уровне объявить его командой subgraph cluster {…}. На рисунке 2.4 показан пример использования подграфа.

digraphG{compound=true;

subgraphcluster0{a->b; a->c; b->d; c->d;}

subgraphcluster1{e->g; e->f;}

b ->f;

d ->e;

c ->g;

c ->e;

d ->h;

}

Рис. 2.4 Пример реализации кластера (подграфа)

Structs (структуры). Еще один строительный элемент системы, позволяющий использовать распространенные методы структуризации узлов в виде последовательности записей, образующих простую или сложную таблицу. В этом случае узлу присваивается тип record. Пример использования данного элемента приведен в виде программы и рис. 2.5.

digraph structs {

node [shape=record];

struct1 [shape=record,label="<f0> left|<f1> middle|<f2> right"];

struct2 [shape=record,label="<f0> one|<f1> two"];

struct3 [shape=record,label="hello\nworld |{ b |{c|<here> d|e}| f}| g | h"];

struct1:f1 -> struct2:f0;

struct1:f2 -> struct3:here;

}

Рис. 2.5 Пример реализации структуры графа

Система ориентирована на использование латинских алфавитов и для того, чтобы создаваемые графы были удобны для работы, можно с помощью простой манипуляции в редакторе FAR_P “заставить” граф отображать русский алфавит. Для этого, например, имена узлов или ребер графа задаются в квадратных скобках, а текст программы сохраняется в формате UTF-8 (рис. 2.6. б):

digraph{

a[label="Сегмент"]

c[label="Элемент1"];

a-> b; b->c; b->d}.

а б

Рис. 2.6 Примеры элементов графов