Graphviz介紹
graphviz是貝爾實驗室幾個計算機牛人設計的一個開源 的圖表(計算機科學中數據結構中的圖)可視化項目，主要用C語言實現，主要實現了一些圖佈局算法。通過這些算法，可以將圖中的節點在畫布上比較均勻的分佈，縮短節點之間的邊長，並且儘量的減少邊的交叉。
graphviz提供命令式的繪圖方式，它提供一個dot語言 用來編寫繪圖腳本，然後對這個腳本進行解析，分析出其中的定點，邊以及子圖，然後根據屬性進行繪製。具體的可以看一個例子，這個例子來自官方的文檔。
digraph G {
main -> parse -> execute;
main -> init;
main -> cleanup;
execute -> make_string;
execute -> printf
init -> make_string;
main -> printf;
execute -> compare;
}
digraph指定該圖是一個有向圖(directed graph)，->表示一條邊，main,parse,execute等是頂點，運行出來的效果很好看，如下圖：
需要注意的是，我在這個dot腳本中沒有指定任何的關於圖的位置的信息，佈局器會自動的根據圖形的類型進行佈局，並最終展現出來。
再來看一個比較複雜，並且是程序員經常使用的功能，數據結構圖：
digraph g {
node [shape = record,height=.1];
node0[label = "<f0> |<f1> G|<f2> "];
node1[label = "<f0> |<f1> E|<f2> "];
node2[label = "<f0> |<f1> B|<f2> "];
node3[label = "<f0> |<f1> F|<f2> "];
node4[label = "<f0> |<f1> R|<f2> "];
node5[label = "<f0> |<f1> H|<f2> "];
node6[label = "<f0> |<f1> Y|<f2> "];
node7[label = "<f0> |<f1> A|<f2> "];
node8[label = "<f0> |<f1> C|<f2> "];
"node0":f2 -> "node4":f1;
"node0":f0 -> "node1":f1;
"node1":f0 -> "node2":f1;
"node1":f2 -> "node3":f1;
"node2":f2 -> "node8":f1;
"node2":f0 -> "node7":f1;
"node4":f2 -> "node6":f1;
"node4":f0 -> "node5":f1;
}
運行後的效果如下圖所示：
不知道其他的程序員怎樣，反正我對命令行情有獨鍾，比較喜歡這一類的工具。最早接觸的計算機系統正是一個沒有圖形系統的BSD，由此對命令行的，沒有界面的程序都特別感興趣。
相關的想法
自從使用了graphviz以後，一直想着把這個好東西移植到java下來，大概的思想跟graphviz類似：
- 解析dot腳本，生成圖的對象，這個圖中包括節點，邊以及子圖等對象，這些對象上都綁定着相應的屬性
- 將解析出來的圖對象發送給layout engine進行處理，layout engine可以選擇佈局策略，比如流佈局等
- 從layout engine中得到佈局後的圖對象，並交給image engine處理，得到最終結果，負責展示或者保存等
dot 的語法定義比較簡單，我已經用javacc構造了一個dot的分析器，現在可以從dot文件中構建出圖對象出來，不過還需要進一步完善，可以看看這個BNF定義：
graph -> [strict] (digraph|graph) id '{' stmt-list '}'
stmt-list -> [stmt [';'] [stmt-list] ]
stmt -> attr-stmt | node-stmt | edge-stmt | subgraph | id '=' id
attr-stmt -> (graph | node | edge) attr-list
attr-list -> '[' [a-list] ']' [attr-list]
a-list -> id '=' id [','][a-list]
node-stmt -> node-id [attr-list]
node-id -> id [port]
port -> port-location [port-angle] | port-angle [port-location]
port-location -> ':' id | ':' '(' id ',' id ')'
port-angle ->'@' id
edge-stmt -> (node-id | subgraph) edgeRHS [attr-list]
edgeRHS -> edgeop (node-id | subgraph) [edgeRHS]
subgraph -> [subgraph id] '{' stmt-list '}' | subgraph id
(最近老是感覺時間不夠用，有很多有意思的項目要做，比如要完善前幾天說的那個bbms(Bus Based Message Service), 再比如修改用Swing和Smack做一個jabber的客戶端jTalk，都是很有搞頭的，唉，扯遠了。)
當然graphviz的功能不至於此，它提供一個lib，可以用來將繪圖引擎嵌入在自己的應用中。這是一個很有意義的事，我們可以不必掌握佈局部分的複雜算法，把精力放在業務邏輯部分，將最後的圖對象交給這個引擎來處理即可。當然，如果你正好和我一樣，想了解其神奇的佈局算法，不妨翻翻它的源碼，歡迎交流之至。
我在週末分析了下graphviz的內部結構，並建立了一個java的項目jraph ，用來做簡單的移植，主要是學習之用，其實，Java的圖庫還是相當豐富的，比如JGraph ，JGraphT，Prefuse，TouchGraph等等，用來做項目當然是很便捷的，但是我還是比較喜歡看着一個算法被自己實現的過程，特別是這種比較神奇的算法，哈哈。
預期中的API如下：
public static void main(String[] args){
Parser parser = new GCodeParser("file.g");
GraphSet gs = parser.parse();
GraphSet layouted =
new GraphLayoutEngine(gs).layout();
ImageEngine imgEngine =
new GraphImageEngine(layouted);
imgEngine.export(0);
}
同graphviz一樣，先調用分析器構造出圖的集合GraphSet(包括多個圖，每個圖中包括Vertex，Edge，及SubGraph)，然後進行佈局，最後將通過佈局後的GraphSet繪製結果。目前完成了框架的設計部分，分析器部分基本完成，layout部分只實現了一個策略，即force-based 佈局算法，不過layout engine被設計成可以插拔的模型，如果有了新的算法實現，可以很容易的整合起來。
p.s.如果時間允許，我會將這個項目jraph(暫定名)託管到google code上，到時候歡迎各路高人蔘加此項目。