图数据库概念

简介

本指南涵盖图数据库基础知识。

Neo4j 使用*属性图* 数据库模型。图数据结构由**节点**（离散对象）组成，这些对象可以通过**关系**连接起来。以下是包含三个节点（圆圈）和三个关系（箭头）的图的图像。

graph concept three nodes arr
图 1. 图结构的概念

Neo4j 属性图数据库模型由以下部分组成：

  • **节点** 描述域的实体（离散对象）。

  • **节点** 可以具有零个或多个**标签**来定义（分类）它们是什么类型的节点。

  • **关系** 描述*源节点*和*目标节点*之间的连接。

  • **关系** 始终具有方向（单向）。

  • **关系** 必须具有**类型**（一种类型）来定义（分类）它们是什么类型的关系。

  • 节点和关系可以具有**属性**（键值对），它们进一步描述了它们。

在数学中，图论是研究图的学科。

在图论中

  • 节点也称为顶点或点。

  • 关系也称为边、链接或线。

示例图

下面显示的示例图介绍了属性图的基本概念

graph simple arr
图 2. 示例图

要创建示例图，请使用 Cypher® 子句CREATE。

CREATE (:Person:Actor {name: 'Tom Hanks', born: 1956})-[:ACTED_IN {roles: ['Forrest']}]->(:Movie {title: 'Forrest Gump', released: 1994})<-[:DIRECTED]-(:Person {name: 'Robert Zemeckis', born: 1951})

节点

节点用于表示域的实体（离散对象）。

最简单的图是一个没有关系的单个节点。考虑以下图，它包含单个节点。

graph single node arr
图 3. 节点

节点标签是

  • Person

  • Actor

属性是

  • name: Tom Hanks

  • born: 1956

可以使用 Cypher 使用以下查询创建节点

CREATE (:Person:Actor {name: 'Tom Hanks', born: 1956})

节点标签

标签通过将节点分组（分类）到集合中来塑造域，在这些集合中，具有特定标签的所有节点都属于同一集合。

例如，所有代表用户的节点都可以用标签User标记。有了它，你可以让 Neo4j 只对你的用户节点执行操作，例如查找具有给定名称的所有用户。

由于标签可以在运行时添加和删除，因此它们也可以用于标记节点的临时状态。Suspended 标签可以用来表示被暂停的银行账户，而Seasonal 标签可以用来表示当前处于季节的蔬菜。

节点可以具有零个到多个标签。

在示例图中，节点标签Person、Actor 和Movie 用于描述（分类）节点。可以添加更多标签来表达数据的不同维度。

以下图显示了使用多个标签的情况。

graphdb simple labels multi arr
图 4. 多个标签

关系

关系描述*源节点*和*目标节点*之间的连接是如何相关的。节点可以与自身具有关系。

关系

  • 连接*源节点*和*目标节点*。

  • 具有方向（单向）。

  • 必须具有**类型**（一种类型）来定义（分类）它是什么类型的关系。

  • 可以具有属性（键值对），它们进一步描述了关系。

关系将节点组织成结构，使图能够类似于列表、树、地图或复合实体——它们中的任何一个都可以组合成更复杂、相互连接丰富的结构。

graph example relationship arr
图 5. 关系

关系类型：ACTED_IN

属性是

  • roles: ['Forrest']

  • performance: 5

roles 属性具有一个包含单个项目 ('Forrest') 的数组值。

可以使用 Cypher 使用以下查询创建关系

CREATE ()-[:ACTED_IN {roles: ['Forrest'], performance: 5}]->()

必须创建或引用*源节点*和*目标节点*才能创建关系。

关系始终具有方向。但是，在方向不有用时可以忽略方向。这意味着，除非需要正确描述数据模型，否则不需要添加反方向的重复关系。

节点可以与自身建立关系。要表达Tom Hanks KNOWS 自己，可以表示为

graphdb nodes and rel self arr
图 6. 与单个节点的关系

关系类型

关系必须恰好具有一个关系类型。

下面是一个ACTED_IN 关系，其中Tom Hanks 节点是*源节点*，而Forrest Gump 是*目标节点*。

graphdb nodes and rel arr
图 7. 关系类型

请注意，Tom Hanks 节点具有传出关系，而Forrest Gump 节点具有传入关系。

属性

属性是键值对，用于存储节点和关系上的数据。

属性的值部分

  • 可以保存不同的数据类型，例如number、string 或boolean。

  • 可以保存一个包含字符串、数字或布尔值的同构列表（数组）。

示例 1. 数字
CREATE (:Example {a: 1, b: 3.14})

  • 属性a 的类型为integer，值为1。

  • 属性 b 的类型为 float，值为 3.14。

示例 2. 字符串和布尔值
CREATE (:Example {c: 'This is an example string', d: true, e: false})

  • 属性 c 的类型为 string，值为 'This is an example string'。

  • 属性 d 的类型为 boolean，值为 true。

  • 属性 e 的类型为 boolean，值为 false。

示例 3. 列表
CREATE (:Example {f: [1, 2, 3], g: [2.71, 3.14], h: ['abc', 'example'], i: [true, true, false]})

  • 属性 f 包含一个数组，值为 [1, 2, 3]。

  • 属性 g 包含一个数组，值为 [2.71, 3.14]。

  • 属性 h 包含一个数组，值为 ['abc', 'example']。

  • 属性 i 包含一个数组，值为 [true, true, false]。

有关可用数据类型的详细描述，请参阅 Cypher 手册 → 值和类型。

遍历和路径

遍历是指您查询图的方式，以找到问题的答案，例如：“我的朋友喜欢什么音乐，但我还没有？”或“如果这个电源供应器出现故障，哪些网络服务会受到影响？”

遍历图意味着根据某些规则，沿着关系访问节点。在大多数情况下，只访问图的一部分。

示例 4. 路径匹配。

要根据小型示例数据库找出汤姆·汉克斯主演的电影，遍历将从 Tom Hanks 节点开始，沿着连接到该节点的任何 ACTED_IN 关系前进，最终得到 Movie 节点 Forrest Gump 作为结果（参见黑色线条）

graphdb traversal arr

遍历结果可以作为长度为 1 的路径返回

graphdb path arr

最短的路径长度为零。它包含单个节点，没有关系。

仅包含单个节点的路径长度为 0。

graphdb path zero arr
图 8. 长度为零的路径

包含一个关系的路径长度为 1。

graphdb path example loop arr
图 9. 长度为一的路径

模式

Neo4j 中的模式是指索引和约束。

Neo4j 通常被称为可选模式，这意味着不需要创建索引和约束。您可以在没有预先定义模式的情况下创建数据 - 节点、关系和属性。可以在需要时引入索引和约束，以获得性能或建模优势。

索引

索引用于提高性能。要查看有关如何使用索引的示例，请参阅 使用索引。有关如何在 Cypher 中使用索引的详细说明，请参阅 Cypher 手册 → 索引。

约束

约束用于确保数据符合域的规则。要查看有关如何使用约束的示例，请参阅 使用约束。有关如何在 Cypher 中使用约束的详细说明，请参阅 Cypher 手册 → 约束。

命名约定

节点标签、关系类型和属性（关键部分）区分大小写，这意味着例如属性 name 与属性 Name 不同。

建议使用以下命名约定

表 1. 命名约定
图实体 推荐样式 示例

节点标签

驼峰式命名法，以大写字母开头

:VehicleOwner 而不是 :vehicle_owner

关系类型

大写字母，使用下划线分隔单词

:OWNS_VEHICLE 而不是 :ownsVehicle

属性

小驼峰式命名法，以小写字母开头

firstName 而不是 first_name

有关精确的命名规则，请参阅 Cypher 手册 → 命名规则和建议。