Graphviz 安装与使用示例

Graphviz

之前绘制各种流程图和示意图时，使用过微软的 Visio，也用过 PowerPoint、画图等程序。总觉得这些程序效率不高，其中的很多时间浪费在对格式的调整和修饰上。如果专注于定义图形的逻辑结构，而不参与具体实现过程，更有利于集中精力。这也是我一直追求纯文本编辑方案、偏爱命令行程序的主要原因。

Graphviz 就是这么一个命令行程序：它可以根据一种名为 dot 的图形结构描述语言，生成简洁美观的示意图。如结构图、流程图、UML 图等。本文包含对程序的安装和使用该程序绘制流程图的简介。

程序安装

作为一款开源软件，Graphviz 提供了可用于 Windows、macOS、Linux 等常见操作系统的程序包。这些程序包都可以在其官网下载页面找到。

Windows 操作系统

要在 Windows 操作系统中使用 Graphviz，下载对应的安装包后，双击运行，即可根据提示将其安装到计算机中。

但安装程序并未帮我们配置环境变量，因此还不能在任意目录下使用 Graphviz。你可以通过控制面板中的 “环境变量” 配置窗口，将 Graphviz 程序安装目录的 bin/ 文件夹添加到系统的 Path 变量中。

Linux 操作系统

对于 Ubuntu 等 Linux 发行版，Graphviz 已经被添加到官方的软件源中。因此可以通过下面的命令进行安装：

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$ sudo apt-get install graphviz

对于 CentOS 等操作系统，Graphviz 已经被添加到其企业软件附加包（EPEL）中，可以在安装该附加包后，通过下面的命令安装：

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$ sudo yum install graphviz

当然，你也可以从其官网下载对应的程序文件包进行安装。

程序简介

各子程序

如果你已经迫不及待地尝试过运行 graphviz 命令，一定会感到失望。因为系统提示没有这个程序。实际上，Graphviz 程序是由多个子程序组成的，它们适用于不同的构图需求。主要有：

  • dot：绘制有向图；
  • neato：绘制无向图；
  • twopi：绘制辐射状布局的图形；
  • circo：绘制圆环状布局的图形；
  • fdp：绘制无向图，使用了不同的算法；
  • sfdp：绘制大图幅的无向图；
  • patchwork：绘制树状图；
  • osage：绘制基于阵列的图形。

dot 语言简介

在介绍 Graphviz 程序的使用之前，需要先简单介绍 dot 语言。

dot 是 Graphviz 定义的一种图形结构描述语言，用于对图形的结构和样式进行定义。dot 首先将图形分为两类，即无向图（graph）和有向图（digraph）；然后进一步将图形的组成元素分为三类：节点（node）、边（edge）和子图（subgraph）。图形的样式可以通过各部分的属性进行定义。使用 dot 语言描述一副图形的结构时，首先定义该图是无向图还是有向图，然后定义其包含的节点、边和子图，并分别定义各组成部分的属性。

流程图

该语言一个简单的流程图演示如下（感谢知乎轮子哥提供如此生动的例子）：

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digraph coder {
    // set graph attributes
    resolution = 320

    // set nodes' attributes
    node [shape=rect] // set default shape
    start, end [shape=Mrecord]
    dead [shape=diamond, label="dead ?"]

    // set edges' attributes
    start -> work -> eat -> poop -> dead
    dead -> burial [label=" Yes"]
    dead -> work [label=" No", constraint=false]
    burial -> end
}

在该示例中，digraph 定义该图形是一个有向图，之后的 coder 为图形的标识名，大括号内的部分包含图形结构的定义。resolution 项定义了该图的分辨率。之后的区块中，定义了各节点和它们的属性。其中 shape 属性为节点的轮廓形状，而 label 属性为节点内的文字标签。最后的区块定义了各节点之间的连接关系，即它们之间的边。该图中的边皆为有向边，它们使用 -> 表示。部分边还有文字标签等属性，用于对路径进行说明。

与有向图相对应的无向图使用 graph 关键字定义，其中的无向边用 -- 表示。此外，还可以使用 subgraph 定义子图等。想要详细了解 dot 语言，可以参考其官方文档。

关系图

类似的，一个简单的社交网络图的 dot 语言代码如下所示，该图展现了初唐诗人的社交关系：

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digraph poets {
    resolution = 320
    node [fontname="FangSong"]
    // poets network by https://github.com/MrQianJinSi/poetry_analyzer
    王勃 -> 骆宾王 -> 李峤 -> 杜审言 -> 苏味道
    骆宾王 -> 宋之问 -> 杜审言 -> 韦承庆
    骆宾王 -> 沈佺期 -> 李贤
    李峤 -> 骆宾王 -> 卢照邻
    李峤 -> 宋之问
    宋之问 -> 李世民 -> 魏征
    宋之问 -> 沈佺期 -> 乔知之
    宋之问 -> 陈子昂 -> 乔知之
    沈佺期 -> 宋之问
    沈佺期 -> 陈子昂
    乔知之 -> 陈子昂
}

输入参数

Graphviz 各子程序的输入参数大同小异，其形式为：

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$ command <input> <options>

这里的 command 代表具体的程序名；<input> 代表输入的内容，其输入即可以来自文件，也可以来自标准输入；而 <options> 为参数选项。主要的参数选项有：

  • -T <format>：指定输出文件的格式，如 FIG、PNG、PS 等；
  • -o <file>：指定输出文件；
  • -v：开启用于 Debug 的 Verbose 模式；
  • -V：显示程序版本号；
  • -?：显示程序帮助信息。

使用示例

下面渲染上文的演示代码作为程序的使用示例。将上文流程图的代码保存为 demo.gv，使用 cd 命令进入文件所在目录，然后执行：

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$ dot demo.gv -T png -o demo.png

对于社交关系图，可将其保存为 poets.gv，然后执行：

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$ fdp poets.gv -T png -o poets.png

运行该命令后，将得到输出的图片，它们分别是是一个简单的流程图和社交关系图。其中的社交关系图如下：

初唐诗人社交网络

如果你不确定该使用 Graphviz 中的哪个命令，那么你可以都试试，然后挑选出自己最满意的一个。此外，Graphviz 网站上还提供了更多的示例，方便使用者查看和学习。