Graphviz - 用指令來畫關係圖吧！

作者：林雪凡，2012 年 10 月投稿。

• 軟體名稱：Graphviz
• 介紹版本：2.28.0
• 官網：http://www.graphviz.org/
• 授權：GPL-1.0/

簡介

Graphviz 是一個運用廣泛的命令行繪圖軟體，不過說是繪圖軟體，它能繪的圖並不是一般人想像中的漫畫或 logo，而是數學意義上的 "graph"，比較通俗的說法就是「關係圖」。

舉例來說，像是下面這種圖：

▲ 圖1：Unix 家族。Graphviz 官網的示範圖片之一。

用手畫會很痛苦，而 Graphviz 可以替使用者搞定它。Graphviz 提供一套語言，讓您能直接陳述圖片上的節點、邊、方向等性質。之後，由它來為您產生整張圖片。

Graphviz 能畫的圖片有許多種，您可在官網挖到更多範例。

安裝

Graphviz 支援 Windows、Mac OS X、FreeBSD、Solaris、Linux 等多種作業系統。

若您是 Linux 使用者，基於這款軟體的名氣，您的套件管理器中幾乎一定會有，從套件庫中安裝吧！倘若真找不到，請看官網下載頁面，試試原始碼。

若您是 Windows 用戶，請前往這裡下載安裝檔：http://www.graphviz.org/Download_windows.php

Mac OS X 的使用者請往這邊走：http://www.graphviz.org/Download_macos.php

Graphviz 的使用

1  # Graphviz
2  ＞＜cmd＞ ＜inputfile＞ -T ＜format＞ -o ＜outputfile＞
3 
4  # 舉例：輸出 png
5  ＞ dot input.dot -T png -o output.png
6  # 舉例：一樣是輸出 png，只不過檔名是 txt
7  ＞ dot input.dot -T png -o output.txt

首先，我們看看上面的 ＜cmd＞ 部份。

Graphviz 的 ＜cmd＞ 有好幾種，每種使用方法都完全相同，差別只在於渲染出來的圖片效果不一樣。man 中的簡介是這樣寫的......

dot

渲染的圖具有明確方向性。

neato

渲染的圖缺乏方向性。

twopi

渲染的圖採用放射性佈局。

circo

渲染的圖採用環型佈局。

fdp

渲染的圖缺乏方向性。

sfdp

渲染大型的圖，圖片缺乏方向性。

您可以透過 man ＜cmd＞ 取得進一步說明。但還是親自用用比較容易理解。在本文中，凡沒有說明的圖，預設都是 以 dot 渲染出來的。

繼續往下看。在 Graphviz 中，若您不指定 -T 參數，Graphviz 並不會自動猜測您想要產生什麼格式，只會以預設格式渲染。可選格式相當多，包括（但不限於）jpg、png、svg 等，全部列表可見官網說明頁的最下方。

-o 可讓您指定儲存檔案的檔名。如果您不用 -o 選項指定輸出檔名，Graphviz 則會將結果輸出到標準輸出上。

除非用法很特殊，否則這兩個參數，每次都要記得下達才行。

dot 語言說明

指揮 Graphviz 繪圖時，所使用的語言叫作 "dot"。下邊就來介紹如何使用它。

有向圖與無向圖

使用 dot 語言，第一步就是決定要畫哪種圖。

圖分兩種：有向圖與無向圖。

▲ 圖2：有向圖

▲ 圖3：無向圖

有向圖以 digraph 宣告圖片，節點間的關係寫為 "->"。

1  /*demo1。順便一提，在 dot 語言中可使用 C++ 中允許的註解。本行為 C 風格註解*/
2  digraph demo1{ //這也是註解，C++ 風格的。
3        a -> b -> c;
4        c -> a;
5  }

無向圖以 graph 宣告圖片，節點間的關係可以寫為 "--"。

1  //demo2
2  graph demo2{
3       a -- b -- c;
4       c -- a;
5  }

其中 demo1 與 demo2 是圖片的名稱，一般使用時常常留白不打。

使用引號

上文中的 a, b, c 除了作為程式內的識別字以外，也會成為節點的顯示名稱 (label)。不過如果這名稱中混了中文或夾了空格，Graphviz 就有可能搞錯你的意思。

為防不必要的誤解，所以平常最好都用英文引號括住。就像下面這樣：

1  //demo3
2  digraph {
3      "總 攻" -> "受";
4      "強 攻" -> "受";
5      "健氣攻" -> "受";
6  }

▲ 圖4：混合了空白的示範，採用 fdp 渲染。

這樣就沒問題了！

子圖與簡化技巧

來看個複雜一點的例子，這是一份地中海海域的大略連接圖：

1  graph G{
2      "黑海" -- "亞速海";
3      "黑海" -- "博斯普魯斯海峽"
4      "達達尼爾海峽" -- "愛琴海"
5      subgraph cluster_T{ // 新東西
6          label = "黑海海峽"; // 新東西
7           "達達尼爾海峽" -- "馬爾馬拉海" -- "博斯普魯斯海峽";
8      }
9       subgraph cluster_M{
10          label = "地中海海域";
11          "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"}; // 也是新東西
12          "西部地中海" -- {"西西里海峽" "第勒尼安海" "利古里亞海" "伊比利海" "阿爾沃蘭海"};
13          "愛奧尼亞海" -- "亞得裡亞海";
14          "阿爾沃蘭海" -- "直布羅陀海峽";
15     }
16  }

▲ 圖5：地中海海域連接圖，使用 fdp 渲染，種子為 8 (-Gstart=8)。

這張圖有些新東西可以看。

第一個是 subgraph 關鍵字。一如名字所示，他是用來定義「次級圖片」用的。

次級圖片在 dot 的官方文件中常被叫作 cluster subgraph，特指圖示中被方框包裹起來的那兩塊，其定義方式和一般的 graph 非常相似，不過使用上有兩件事需要留意：

1. 他的命名得以 cluster 前綴開頭，否則語法雖然能過關，但生不出圖面上您預期的效果。
2. 如果父圖是無向圖，他本身也得是無向圖；反之如果父圖是有向圖，這邊也得乖乖照著來。

第二個重點是下面這段：

1        "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"};

用大括號括起，用空格分開－這是一口氣將好幾個節點群組起來同時操作的方法，其等效於：

1        "中部地中海" -- "愛琴海";
2        "中部地中海" -- "愛奧尼亞海";
3        "中部地中海" -- "西西里海峽";

您甚至可以用以下程式碼畫出圖6：

1  digraph G{
2     {a b c} -> {d e f}
3  }

▲ 圖6：大括號效果示意圖

這語法糖很方便好吃，可以靈活運用。

第三個不同處在於 label = XXX 這行。這是「屬性」的指定方式。

關於屬性，我們下章再講。

屬性

有了前面介紹過的技巧，所有圖面關係都可以順利地繪製出來。

然而，通常我們畫圖的時候，還會對圖片做一些特別的處理。好比說把字加粗、把圖變色、把標籤或連接線的外型 改變、把某些節點水平對齊......諸如此類。

要控制這些東西，就要用到屬性。

屬性有四種：

1. 用在節點上 (Node, N)
2. 用在線段上 (Edge, E)
3. 用在根圖片上 (Graph, G)
4. 用在子圖片上 (Cluster subgraph, C)

您可以閱讀手冊中的表，判斷哪些屬性能用在哪些地方。

那麼，屬性要怎麼用呢？

屬性的套用

如果要設定根圖片或子圖片的屬性，得像前面範例中所示的那樣，在圖片的大括號範圍內指定......

屬性名稱=值;

這樣就行了。

對於節點 (node) 的屬性，有以下幾種指定法：

1  節點名 [節點屬性名=值];
2  節點名 [節點屬性名=值, 節點屬性名=值];
3  node [節點屬性名=值，節點屬性名=值];

屬性指定的語句必須要被中括號括起。當一次指定多值時，需用英文逗點隔開。

第三行中的 node 是個關鍵字，用來代稱「圖片範圍內」所有「還沒創建」的節點，或者您也可將它理解為：在當前大括號的範圍內，所有尚未創建節點的屬性預設值，會被這個語句給變更。

線段 (edge) 的屬性指定，與節點屬性指定方式很類似：

1  節點名 -> 節點名 [線段屬性名=值];
2  節點名 -- 節點名 [線段屬性名=值, 線段屬性名=值];
3  edge [線段屬性名=值，線段屬性名=值];

其中 edge 是關鍵字。

這邊順便補充一個關於線段的觀念：有些線段相關的屬性，具有 head 值與 tail 值。而這邊說的 head 與 tail，得將它想 像成一個「箭頭」的形狀（就像是「a -> b」這樣）。

對於線段來說，這個箭頭的頭部才是 head。所以囉，這可能和您最初想像的不一樣，因為這邊說的「Head」其實是 兩個節點中，後面的那一個。

屬性範例

把先前的看過的例子加上一些屬性試試。

1  graph G{
2      "黑海" [shape = circle, color = blueviolet, fontcolor = blueviolet, fontsize = 20];
3      "黑海" -- "亞速海" [label = "刻赤海峽"];
4 
5      subgraph cluster_T{
6          label = "黑海海峽";
7          fontsize = 24;
8          fillcolor = darkslategray;
9          style = filled;
10         fontcolor = white;
11         node [fontcolor = white, color = white];
12         "博斯普魯斯海峽" -- "馬爾馬拉海" -- "達達尼爾海峽" [color = white];
13         "博斯普魯斯海峽" [shape = parallelogram];
14         "達達尼爾海峽" [shape = parallelogram];
15     }
16 
17      "黑海" -- "博斯普魯斯海峽" [color = red ,penwidth = 2];
18      "達達尼爾海峽" -- "愛琴海" [color = red ,penwidth = 2];
19 
20      subgraph cluster_M{
21          label = "地中海海域";
22          fontsize = 24;
23          "西部地中海" [shape = Mcircle, style = filled, color = grey, fillcolor = aquamarine, fontsize = 20];
24          "中部地中海" [shape = Mcircle, style = filled, color = grey, fillcolor = aquamarine, fontsize = 20];
25          "直布羅陀海峽" [shape = parallelogram, fontcolor = red];
26          "西西里海峽" [shape = parallelogram];
27          "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"};
28          "西部地中海" -- {"西西里海峽" "第勒尼安海" "利古里亞海" "伊比利海" "阿爾沃蘭海"};
29          "愛奧尼亞海" -- "亞得裡亞海";
30          "阿爾沃蘭海" -- "直布羅陀海峽";
31      }
32  }

▲ 圖7：地中海海域連接圖（加入屬性）。使用 fdp 渲染，種子為 3 (-Gstart=3)。

諸多屬性中，最常用的大概是 label 了。

label 可以決定節點、線段或子圖片上要顯示些什麼。如果您的節點名很長的話，可以在程式內部取個簡短的名稱， 之後透過短名稱操作它，另外透過 label 指定它的顯示內容。

color、fillcolor、fontcolor 這些屬性都是控制顏色用的，不過 fillcolor 只有在 style 被指定為 "filled" 時才會生效。

shape 可以指定節點的形狀，形狀列表官網這邊有一份資料可參考。

線段屬性方面。有向圖中的箭頭可透過 arrowhead 與 arrowtail 屬性來指定頭尾樣式。至於線段本身，則可透過 style 屬 性，指定不同類型的虛線與短截線。使用者還可以用 dir 屬性讓箭頭方向反過來。

另外還有一個 image 屬性，可以指定讓 node 顯示圖片，需要時也可參考看看。

......屬性實在太多，無法一一介紹，請查官網手冊獲得全面訊息。

rank

dot 語言中有一個叫作 rank 的概念。

所謂的 rank，在 dot 語言中，含意比較接近於「等級」。他主要用在 dot 渲染器中。

請看以下的圖：

<
▲ 圖8：rank 示例。

很明顯可以看出來，圖片被從上到下分為四層－這就是 rank。

下方是與上圖對應的 dot 陳述......

1  digraph demo{
2     a -> b -> c -> d;
3     b -> {e f};
4  }

觀察程式碼，可看出 rank 是如何被指定的。

其基本規則在於：每個線段的頭端，都會比尾端多出一個等級（在圖上面就是往下面一層）。

但等等，如果等級指定的語句彼此矛盾呢？

修改以上程式碼為......

1  digraph demo{
2     a -> b -> c -> d [label = "rank 增加"];
3     b -> {e f} [label = "rank 增加"];
4     f -> a [label = "不影響 rank"];
5  }

▲ 圖9：rank 示例。

看上面的結果，顯然 rank 的指定是「先說先贏」的。

除了基本規則外，rank 也可以透過屬性來加以調節，有必要時就把手冊抓出來查查看。

參考資料

1. 官網屬性手冊，要查屬性就來這看： http://www.graphviz.org/content/attrs。
2. 官網純文字版 Graphviz 使用說明兼 dot 語言手冊： http://www.graphviz.org/doc/Dot.ref。
3. 如果您偏好 pdf 版本的說明書，請到這邊下載： http://www.graphviz.org/doc/dotguide.pdf。