Pygraphviz簡介及使用方法

Pygraphviz是一個python的graphviz接口。Graphviz是一個流程圖和圖形可視化工具，可用於繪製各種圖表、網絡、流程、組織結構圖和各種各樣的實體關係圖。

一、安裝pygraphviz

安裝pygraphviz最方便的方法是使用pip工具，安裝命令如下：

pip install pygraphviz 

如果提示找不到graphviz，需要先安裝Graphviz應用程序。可以在<a href=’https://graphviz.gitlab.io/download/’>https://graphviz.gitlab.io/download/</a>上下載。

二、繪製圖形

Pygraphviz支持各種類型的圖形繪製，如無向圖、有向圖、多重圖和有向多重圖等。下面我們通過一些示例來演示如何繪製不同類型的圖形。

1. 無向圖示例

下面是一個簡單的無向圖示例：

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph()
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_edge(1, 2)
G.draw('graph.png', prog='dot')

以上代碼將生成一個名為”graph.png”的文件，它就是下面的圖形：

可以通過add_node方法添加節點，通過add_edge方法添加邊。

2. 有向圖示例

下面是一個簡單的有向圖示例：

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph(directed=True)
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_edge(1, 2)
G.draw('graph.png', prog='dot')

以上代碼將生成一個名為”graph.png”的文件，它就是下面的圖形：

可以通過在構造器中傳遞”directed=True”來指示創建一個有向圖。

3. 多重圖示例

下面是一個簡單的多重圖示例：

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph(strict=False, directed=True, multigraph=True)
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_edge(1, 2)
G.add_edge(1, 2)
G.add_edge(1, 2)
G.draw('graph.png', prog='dot')

以上代碼將生成一個名為”graph.png”的文件，它就是下面的圖形：

可以通過在構造器中傳遞”multigraph=True”來創建一個多重圖。

三、添加節點和邊的屬性

Pygraphviz允許為節點和邊添加各種屬性，如顏色、字體、大小和形狀等。以下是如何添加這些屬性的示例：

1. 添加節點屬性示例

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph(directed=True)
G.add_node(1, color='red')
G.add_node(2, color='blue')
G.add_node(3, color='#009900')
G.add_node(4, color='white', fontname='Courier-Bold', fontsize=14, shape='rect')
G.add_edge(1, 2)
G.add_edge(1, 3)
G.add_edge(2, 4)
G.draw('graph.png', prog='dot')

以上代碼將生成一個名為”graph.png”的文件，它就是下面的圖形：

可以通過傳遞節點屬性來添加節點的屬性。在以上代碼中，我們分別為節點1、2、3和4設置了不同的顏色。節點4除了設置了字體和大小外，還設置了一個矩形的形狀。

2. 添加邊屬性示例

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph(directed=True)
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_node(3)
G.add_edge(1, 2, color='blue')
G.add_edge(1, 3, color='#009900')
G.add_edge(2, 3, color='red')
G.draw('graph.png', prog='dot')

以上代碼將生成一個名為”graph.png”的文件，它就是下面的圖形：

可以通過傳遞邊屬性來添加邊的屬性。在以上代碼中，我們分別為每條邊設置了不同的顏色。

四、其他操作

以下是pygraphviz的其他功能及使用方法。

1. 刪除節點/邊

使用remove_node和remove_edge方法可以分別刪除節點和邊。

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph(directed=True)
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_node(3)
G.add_edge(1, 2)
G.add_edge(1, 3)
G.add_edge(2, 3)
G.draw('graph.png', prog='dot')

G.remove_node(1)  # 刪除節點1
G.remove_edge(2, 3)  # 刪除邊2-3
G.draw('graph.png', prog='dot')

運行以上代碼，將得到下面的圖形：

2. 計算圖的邊緣距離

AGraph還提供了計算圖的邊緣距離的方法。邊緣距離是從圖的邊緣到圖中任意節點的距離。使用graph_attr方法可以獲取到圖的屬性，通過調用此方法返回的屬性字典的為getitem方法，可以獲取特定屬性的值。

import pygraphviz as pgv

G = pgv.AGraph(directed=True)
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_node(3)
G.add_edge(1, 2)
G.add_edge(1, 3)
G.add_edge(2, 3)
G.draw('graph.png', prog='dot')

# 計算邊緣距離
margin = G.graph_attr['margin']
print(f"The margin of the graph is: {margin}")

運行以上代碼，將輸出下面的結果：

The margin of the graph is: 0.5

3. 根據Dot語言創建圖形

除了使用Python代碼的方式，我們還可以使用Dot語言來創建圖形，並使用python加載、操作和顯示它。以下是一個使用Dot語言的例子：

import pygraphviz as pgv

dot = """
digraph mygraph {
    rankdir=LR;

    node [shape=box, style=filled, color=gray, fontname=Arial];
    edge [style=invis];

    A [label="Start node"];
    B [label="Intermediate node"];
    C [label="End node"];

    edge [style=solid, color=blue, penwidth=2];
    A -> B;

    edge [style=dashed, color=red, penwidth=4];
    B -> C;

}
"""

G = pgv.AGraph(strict=False, directed=True)
G.from_string(dot)

G.draw('graph.png', prog='dot')

運行以上代碼，將得到下面的圖形：

可以看到，我們使用Dot語言編寫了一段文本，並將它傳遞給AGraph的from_string方法，然後再將它繪製到”graph.png”文件中，內容除了顏色、形狀和節點標籤外，與之前的例子基本相同。使用Dot語言編寫的好處是更直觀，更容易創建大型圖形。

五、總結

以上是pygraphviz中一些常用操作的演示。在實際使用中，可以根據自己的需求選擇適當的方法和參數來繪製和操作圖形。