使用 Sublime Text + Graphviz + Dot 来绘制有向图

颜小兮
文章
2024-01-09 00:13

Graphviz 介绍

介绍一个高效而简洁的绘图工具 graphviz。graphviz 是贝尔实验室开发的一个开源的工具包，它使用一个特定的 DSL（领域特定语言）：dot 作为脚本语言，然后使用布局引擎来解析此脚本，并完成自动布局。graphviz 提供丰富的导出格式，如常用的图片格式，SVG，PDF 格式等。

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

本文主要介绍 dot 有向图。

首先，在 dot 脚本中定义图的顶点和边，顶点和边都具有各自的属性，比如形状，颜色，填充模式，字体，样式等。然后使用合适的布局算法进行布局。布局算法除了绘制各个顶点和边之外，需要尽可能的将顶点均匀的分布在画布上，并且尽可能的减少边的交叉（如果交叉过多，就很难看清楚顶点之间的关系了)。所以使用 graphviz 的一般流程为：

定义一个图，并向图中添加需要的顶点和边
为顶点和边添加样式
使用布局引擎进行绘制

在我的机器上，使用 Sublime Text 编辑 dot 脚本，然后将 F7/Cmd-B 映射为调用 dot 引擎去绘制当前脚本，并打开一个新的窗口来显示运行结果：

Sublime Text 3 集成 Graphviz 方法

如下：
第一步：下载 https://github.com/munro/SublimeGraphvizPreview/archive/master.zip
第二步：打开 Preferences -> Packages Settings-> Packages Control -> Settings User，来确认一下 installed_packages 没有 GraphVizPreview。并且增加”remove_orphaned”: false 防止 Sublime Text 把手动安装的插件包给删除了。

{
  "bootstrapped": true,
  "in_process_packages":
  [
  ],
  "installed_packages":
  [
  "EncodingHelper",
  "Package Control",
  "Theme - Spacegray"
  ],
  "remove_orphaned": false
}

第三步：打开 Preferences -> Browse Packages…进入到 Sublime Text 的插件包下 Packagas。
第四步：解压 zip 文件到 Packagas 下，并且更改文件夹 SublimeGraphvizPreview-master 为 GraphVizPreview。
第五步：重启 Sublime Text。

注：快捷键为 Win + Shift + G ，调用 Graphviz 调用 dot 引擎去绘制当前脚本。

使用 graphviz 绘制流程图

注：引用 image 图片的时候，需要使用命令，
使用 dot 命令编译，如

dot hello.dot -T png -o hello.png

完整的命令为:

＜cmd＞ ＜inputfile＞ -T ＜format＞ -o ＜outputfile＞

示例如下：

D:\\>dot -Tjpg tes.dot -o test.jpg

`<cmd>`	介绍
dot	渲染的图具有明确方向性。
neato	渲染的图缺乏方向性。
twopi	渲染的图采用放射性布局。
circo	渲染的图采用环型布局。
fdp	渲染的图缺乏方向性。
sfdp	渲染大型的图，图片缺乏方向性。

基础知识

graphviz 包含 3 中元素，图，顶点和边。每个元素都可以具有各自的属性，用来定义字体，样式，颜色，形状等。

第一个 graphviz 图

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

进一步修改顶点和边样式

将顶点 a 的颜色改为淡绿色，并将 c 到 d 的边改为红色。

digraph abc{
  node [shape="record"];
  edge [style="dashed"];
 
  a [style="filled", color="black", fillcolor="chartreuse"];
  b;
  c;
  d;
 
  a -> b;
  b -> d;
  c -> d [color="red"];
}

子图的绘制

digraph abc{
 
  node [shape="record"];
  edge [style="dashed"];
 
  a [style="filled", color="black", fillcolor="chartreuse"];
  b;
 
    subgraph cluster_cd{
      label="c and d";
      bgcolor="blue";
      c;
      d;
    }
 
  a -> b;
  b -> d;
  c -> d [color="red"];
}

注:子图的名称必须以 cluster 开头，否则 graphviz 无法设别。

数据结构的可视化

一个 hash 表的数据结构

hash 表内容

struct st_hash_type {
    int (*compare) ();
    int (*hash) ();
};
 
struct st_table_entry {
    unsigned int hash;
    char *key;
    char *record;
    st_table_entry *next;
};
 
struct st_table {
    struct st_hash_type *type;
    int num_bins;
/* slot count */
    int num_entries;
/* total number of entries */
    struct st_table_entry **bins;
/* slot */
};

脚本如下：

digraph st2{
  fontname = "Verdana";
  fontsize = 10;
  rankdir=TB;
 
  node [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="skyblue", shape="record"];
 
  edge [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="crimson", style="solid"];
 
  st_hash_type [label="{<head>st_hash_type|(*compare)|(*hash)}"];
  st_table_entry [label="{<head>st_table_entry|hash|key|record|<next>next}"];
  st_table [label="{st_table|<type>type|num_bins|num_entries|<bins>bins}"];
 
  st_table:bins -> st_table_entry:head;
  st_table:type -> st_hash_type:head;
  st_table_entry:next -> st_table_entry:head [style="dashed", color="forestgreen"];
}

注：在顶点的形状为 record 的时候，label 属性的语法比较奇怪，但是使用起来非常灵活。比如，用竖线”|”隔开的串会在绘制出来的节点中展现为一条分隔符。用<>括起来的串称为锚点，当一个节点具有多个锚点的时候，这个特性会非常有用，比如节点 st_table 的 type 属性指向 st_hash_type，第 4 个属性指向 st_table_entry 等，都是通过锚点来实现的。

使用默认的 dot 布局后，绿色的这条边覆盖了数据结构 st_table_entry，并不美观，因此可以使用别的布局方式来重新布局，如使用 circo 算法可以得到更加合理的布局结果。

D:\\>circo -Tjpg tes.dot -o test.jpg

hash 表的实例

digraph st{
  fontname = "Verdana";
  fontsize = 10;
  rankdir = LR;
  rotate = 90;
 
  node [ shape="record", width=.1, height=.1];
  node [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="skyblue", shape="record"];
 
  edge [fontname = "Verdana", fontsize = 10, color="crimson", style="solid"];
  node [shape="plaintext"];
 
  st_table [label=<
      <table border="0" cellborder="1" cellspacing="0" align="left">
      <tr>
      <td>st_table</td>
      </tr>
      <tr>
      <td>num_bins=5</td>
      </tr>
      <tr>
      <td>num_entries=3</td>
      </tr>
      <tr>
      <td port="bins">bins</td>
      </tr>
      </table>
  >];
 
  node [shape="record"];
  num_bins [label=" <b1> | <b2> | <b3> | <b4> | <b5> ", height=2];
  node[ width=2 ];
 
  entry_1 [label="{<e>st_table_entry|<next>next}"];
  entry_2 [label="{<e>st_table_entry|<next>null}"];
  entry_3 [label="{<e>st_table_entry|<next>null}"];
 
  st_table:bins -> num_bins:b1;
  num_bins:b1 -> entry_1:e;
  entry_1:next -> entry_2:e;
  num_bins:b3 -> entry_3:e;
}

注：LR 指定了左右排序方式。
可以看到，节点的 label 属性支持类似于 HTML 语言中的 TABLE 形式的定义，通过行列的数目来定义节点的形状，从而使得节点的组成更加灵活。

软件模块组成图

digraph idp_modules{
 
  rankdir = TB;
  fontname = "Microsoft YaHei";
  fontsize = 12;
 
  node [ fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12, shape = "record" ];
  edge [ fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12 ];
 
      subgraph cluster_sl{
          label="IDP 支持层";
          bgcolor="mintcream";
          node [shape="Mrecord", color="skyblue", style="filled"];
          network_mgr [label="网络管理器"];
          log_mgr [label="日志管理器"];
          module_mgr [label="模块管理器"];
          conf_mgr [label="配置管理器"];
          db_mgr [label="数据库管理器"];
      };
 
      subgraph cluster_md{
          label="可插拔模块集";
          bgcolor="lightcyan";
          node [color="chartreuse2", style="filled"];
          mod_dev [label="开发支持模块"];
          mod_dm [label="数据建模模块"];
          mod_dp [label="部署发布模块"];
      };
 
  mod_dp -> mod_dev [label="依赖..."];
  mod_dp -> mod_dm [label="依赖..."];
  mod_dp -> module_mgr [label="安装...", color="yellowgreen", arrowhead="none"];
  mod_dev -> mod_dm [label="依赖..."];
  mod_dev -> module_mgr [label="安装...", color="yellowgreen", arrowhead="none"];
  mod_dm -> module_mgr [label="安装...", color="yellowgreen", arrowhead="none"];
}

状态图

digraph automata_0 {
  size = "8.5, 11";
  fontname = "Microsoft YaHei";
  fontsize = 10;
 
  node [shape = circle, fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
  edge [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
 
  0 [ style = filled, color=lightgrey ];
  2 [ shape = doublecircle ];
 
  0 -> 2 [ label = "a " ];
  0 -> 1 [ label = "other " ];
  1 -> 2 [ label = "a " ];
  1 -> 1 [ label = "other " ];
  2 -> 2 [ label = "a " ];
  2 -> 1 [ label = "other " ];
 
  "Machine: a" [ shape = plaintext ];
}

digraph finite_state_machine {
  rankdir = LR;
  size = "8,5"
 
  node [shape = doublecircle];
 
  LR_0 LR_3 LR_4 LR_8;
 
  node [shape = circle];
 
  LR_0 -> LR_2 [ label = "SS(B)" ];
  LR_0 -> LR_1 [ label = "SS(S)" ];
  LR_1 -> LR_3 [ label = "S($end)" ];
  LR_2 -> LR_6 [ label = "SS(b)" ];
  LR_2 -> LR_5 [ label = "SS(a)" ];
  LR_2 -> LR_4 [ label = "S(A)" ];
  LR_5 -> LR_7 [ label = "S(b)" ];
  LR_5 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
  LR_6 -> LR_6 [ label = "S(b)" ];
  LR_6 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
  LR_7 -> LR_8 [ label = "S(b)" ];
  LR_7 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
  LR_8 -> LR_6 [ label = "S(b)" ];
  LR_8 -> LR_5 [ label = "S(a)" ];
}

模块的生命周期图

digraph module_lc{
  rankdir=TB;
  fontname = "Microsoft YaHei";
  fontsize = 12;
 
  node [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12, shape = "Mrecord", color="skyblue", style="filled"];
  edge [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 12, color="darkgreen" ];
 
  installed [label="已安装状态"];
  resolved [label="已就绪状态"];
  uninstalled [label="已卸载状态"];
  starting [label="正在启动"];
  active [label="已激活（运行) 状态"];
  stopping [label="正在停止"];
  start [label="", shape="circle", width=0.5, fixedsize=true, style="filled", color="black"];
 
  start -> installed [label="安装"];
  installed -> uninstalled [label="卸载"];
  installed -> resolved [label="准备"];
  installed -> installed [label="更新"];
  resolved -> installed [label="更新"];
  resolved -> uninstalled [label="卸载"];
  resolved -> starting [label="启动"];
  starting -> active [label=""];
  active -> stopping [label="停止"];
  stopping -> resolved [label=""];
}

简单的抽象语法树

digraph ast{
  fontname = "Microsoft YaHei";
  fontsize = 10;
 
  node [shape = circle, fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
  edge [fontname = "Microsoft YaHei", fontsize = 10];
  node [shape="plaintext"];
 
  mul [label="mul(*)"];
  add [label="add(+)"];
 
  add -> 3
  add -> 4;
  mul -> add;
  mul -> 5;
}

简单的 UML 类图

digraph G{
 
  fontname = "Courier New"
  fontsize = 10
 
  node [ fontname = "Courier New", fontsize = 10, shape = "record" ];
  edge [ fontname = "Courier New", fontsize = 10 ];
 
  Animal [ label = "{Animal |+ name : String\\l+ age : int\\l|+ die() : void\\l}" ];
 
      subgraph clusterAnimalImpl{
          bgcolor="yellow"
          Dog [ label = "{Dog||+ bark() : void\\l}" ];
          Cat [ label = "{Cat||+ meow() : void\\l}" ];
      };
 
  edge [ arrowhead = "empty" ];
 
  Dog->Animal;
  Cat->Animal;
  Dog->Cat [arrowhead="none", label="0..*"];
}

时序图

digraph G {
    rankdir="LR";
    node[shape="point", width=0, height=0];
    edge[arrowhead="none", style="dashed"]
 
    {
        rank="same";
        edge[style="solided"];
        LC[shape="plaintext"];
        LC -> step00 -> step01 -> step02 -> step03 -> step04 -> step05;
    }
 
    {
        rank="same";
        edge[style="solided"];
        Agency[shape="plaintext"];
        Agency -> step10 -> step11 -> step12 -> step13 -> step14 -> step15;
    }
 
    {
        rank="same";
        edge[style="solided"];
        Agent[shape="plaintext"];
        Agent -> step20 -> step21 -> step22 -> step23 -> step24 -> step25;
    }
 
    step00 -> step10 [label="sends email new custumer", arrowhead="normal"];
    step11 -> step01 [label="declines", arrowhead="normal"];
    step12 -> step02 [label="accepts", arrowhead="normal"];
    step13 -> step23 [label="forward to", arrowhead="normal"];
    step24 -> step14;
    step14 -> step04 [arrowhead="normal"];
}

rankdir=”LR”表示，布局从左 L 到右 R。可以看到，在代码中有{}括起来的部分。

{
    rank="same";
    edge[style="solided"];
    Agency[shape="plaintext"];
    Agency -> step10 -> step11 -> step12 -> step13 -> step14 -> step15;
}

每一个 rank=”same”的 block 中的所有节点都会在同一条线上。我们设置了所有的线为虚线，但是在该 block 中，将线改为 solided。

如果你追求高效的开发速度，并希望快速的将自己的想法画出来，那么 graphviz 是一个很不错的选择。graphviz 的强项在于自动布局，当图中的顶点和边的数目变得很多的时候，才能很好的体会这一特性的好处。

最后，提供 Graphviz 下载地址。

#Graphviz #Sublime Text 3

颜小兮

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