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

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

wITh recursive downstream as(	select 1 as lvl, r.up, r.down, 			-- 保存当前路径			array[]::int[] || r.up || r.down as trace 		from demo.t_rel r  	where r.up = 7 -- 指定起点	union all	select ds.lvl +1, r.up, r.down, ds.trace || r.down		from demo.t_rel r , downstream ds 	where r.up = ds.down		-- 破环		and not r.down = any(ds.trace)		and ds.lvl  20 -- 最大深度)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。

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

drop function if exists f_get_rel;
    /*取得某个节点的相关联节点，和路径信息。@start_node 起始节点。@direct_flag 查询方向，-1：查找上级；1：查找下级； 0：查找上下级；@max_depth 递归深度，即查找最多几级关系。*/create or replace function f_get_rel(start_node int, direct_flag int=1, max_depth int=20) 	returns table (direct int, cur_depth int, up_node int, down_node int, trace int[])as $$begin	return query 		with recursive 		downstream as		(			select 1 as lvl, r.up, r.down, array[]::int[] || r.up || r.down as trace 				from demo.t_rel r 			where r.up = start_node				and direct_flag in (0, 1)			union all			select ds.lvl +1, r.up, r.down, ds.trace || r.down				from demo.t_rel r , downstream ds 			where r.up = ds.down				and not r.down = any(ds.trace)				and ds.lvl  max_depth		),		upstream as		(			select 1 as lvl, r.up, r.down, array[]::int[] || r.up || r.down as trace 				from demo.t_rel r 			where r.down = start_node				and direct_flag in (0, -1)			union all			select us.lvl +1, r.up, r.down, r.up || us.trace 				from demo.t_rel r , upstream us 			where r.down = us.up				and not r.up = any(us.trace)				and us.lvl  max_depth		)		select -1, us.* from upstream us 			union all 		select 1, ds.* from downstream ds		order by 1 desc, lvl, up, down	;
    end;
    $$ 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

dap=# select * from demo.f_get_rel(7,0,3);
 direct | cur_depth | up_node | down_node | trace--------+-----------+---------+-----------+-----------  1 |   1 |  7 |   2 | {
7,2}
  1 |   1 |  7 |   4 | {
7,4}
  1 |   2 |  2 |   4 | {
7,2,4}
  -1 |   1 |  3 |   7 | {
3,7}
  -1 |   1 |  4 |   7 | {
4,7}
  -1 |   1 |  5 |   7 | {
5,7}
  -1 |   2 |  2 |   4 | {
2,4,7}
  -1 |   2 |  6 |   5 | {
6,5,7}
  -1 |   3 |  1 |   2 | {
1,2,4,7}
  -1 |   3 |  5 |   2 | {
5,2,4,7}
    (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

option = {
 title: {
  text: '数据图谱' }
, tooltip: {
}
, animationDurationUpdate: 1500, animationEasingUpdate: 'quinticInOut', series : [  {
   tyPE: 'graph',   layout: 'force',   force: {
     repulsion: 1000    }
,   focusNodeAdjacency: true,   symbolSize: 30,   roam: true,   label: {
    normal: {
     show: true    }
   }
,   EdgeSymbol: ['circle', 'arrow'],   edgeSymbolSize: [4, 10],   edgeLabel: {
    normal: {
     textStyle: {
      fontSize: 20     }
    }
   }
,   data: [    {
 name:"2", Draggable: true, symbolSize:20}
,   ],   links: [    {
 source:"2", target:"4"}
,   ],  }
 ]}
    ;
    

造显示用数据

构造 data 部分

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

构造 links 部分

select distinct r.up_node, r.down_node, '{
 source:"'|| r.up_node ||'", target:"'|| r.down_node ||'"}
    ,' as links 	from f_get_rel(7,0,3) rorder 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，谢谢大家对的支持。

• PostgreSQL树形结构的递归查询示例
• 在PostgreSQL中实现递归查询的教程
• PostgreSQL利用递归优化求稀疏列唯一值的方法

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