图数据库概念

简介

本指南涵盖了图数据库的基础知识。

Neo4j 使用属性图（property graph）数据库模型。图数据结构由节点（离散对象）组成，这些节点可以通过关系进行连接。下图展示了一个包含三个节点（圆圈）和三个关系（箭头）的图。

graph concept three nodes arr
图 1. 图结构概念

Neo4j 属性图数据库模型包含：

  • 节点用于描述领域中的实体（离散对象）。

  • 节点可以拥有零个或多个标签，用于定义（分类）它们属于哪种类型的节点。

  • 关系描述了源节点和目标节点之间的连接。

  • 关系始终具有方向性（单向）。

  • 关系必须具有类型（单个类型），用于定义（分类）它们属于哪种类型的关系。

  • 节点和关系可以拥有属性（键值对），用以进一步描述它们。

在数学中，图论是研究图的学科。

在图论中：

  • 节点也被称为顶点或点。

  • 关系也被称为边、链接或线。

示例图

下面展示的示例图介绍了属性图的基本概念。

graph simple arr
图 2. 示例图

要创建该示例图，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

节点用于表示领域中的实体（离散对象）。

最简单的图是仅包含一个节点且没有关系的图。考虑以下仅包含单个节点的图：

graph single node arr
图 3. 节点

节点标签为：

  • Person

  • Actor（演员）

属性为：

  • name: Tom Hanks

  • born: 1956

可以使用以下 Cypher 查询来创建该节点：

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

节点标签

标签通过将节点分组（分类）到集合中来塑造领域，同一集合中的所有节点都具有特定的标签。

例如，所有代表用户的节点都可以标记为 User。有了这些标签，你就可以要求 Neo4j 仅对用户节点执行操作，例如查找所有具有特定名字的用户。

由于标签可以在运行时添加和删除，它们也可以用于标记节点的临时状态。例如，Suspended 标签可以用于表示处于暂停状态的银行账户，Seasonal 标签可以表示当前正值产季的蔬菜。

一个节点可以拥有零个到多个标签。

在示例图中，使用节点标签 Person、Actor 和 Movie 来描述（分类）这些节点。可以添加更多标签来表示数据的不同维度。

下图展示了多标签的使用。

graphdb simple labels multi arr
图 4. 多标签

关系

关系描述了源节点和目标节点之间是如何关联的。节点也可以与自身建立关系。

一个关系：

  • 连接源节点和目标节点。

  • 具有方向性（单向）。

  • 必须具有类型（单个类型），用于定义（分类）它是哪种类型的关系。

  • 可以拥有属性（键值对），用于进一步描述该关系。

关系将节点组织成结构，使图能够表现为列表、树、映射或复合实体——任何结构都可以组合成更复杂、互连程度更高的结构。

graph example relationship arr
图 5. 关系

关系类型：ACTED_IN

属性为：

  • roles: ['Forrest']

  • performance: 5

roles 属性拥有一个包含单个项目（'Forrest'）的数组值。

可以使用以下 Cypher 查询来创建该关系：

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

你必须先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，在不重要的情况下可以忽略方向。这意味着除非为了正确描述数据模型，否则无需添加相反方向的重复关系。

节点可以拥有指向其自身的关系。如果要表达 Tom Hanks KNOWS（认识）他自己，可以表示为：

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

关系类型

一个关系必须有且仅有一个关系类型。

下方是一个 ACTED_IN 关系，其中 Tom Hanks 节点作为源节点，Forrest Gump 作为目标节点。

graphdb nodes and rel arr
图 7. 关系类型

请注意，Tom Hanks 节点拥有一个出站关系，而 Forrest Gump 节点拥有一个入站关系。

属性

属性是用于在节点和关系上存储数据的键值对。

属性的值部分：

  • 可以容纳不同的数据类型，如 number（数字）、string（字符串）或 boolean（布尔值）。

  • 可以容纳包含字符串、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 是 integer（整数）类型，值为 1。

  • 属性 b 是 float（浮点数）类型，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 是 string（字符串）类型，值为 'This is an example string'。

  • 属性 d 是 boolean（布尔值）类型，值为 true。

  • 属性 e 是 boolean（布尔值）类型，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完整说明，请参阅 Cypher 手册 → 值与类型。

遍历与路径

遍历（Traversal）是你查询图以寻找答案的方式，例如：“我的朋友喜欢什么我还没拥有的音乐？”或“如果这个电源断开，哪些 Web 服务会受到影响？”

遍历图意味着根据某些规则跟随关系访问节点。在大多数情况下，只会访问图的一个子集。

示例 4. 路径匹配。

要找出汤姆·汉克斯（Tom Hanks）在微型示例数据库中参演了哪些电影，遍历将从 Tom Hanks 节点开始，跟随连接到该节点的任何 ACTED_IN 关系，最终以 Movie 节点 Forrest Gump 作为结果（参见黑线）。

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 0。它包含单个节点且没有关系。

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 (Schema)

Neo4j 中的 模式 指的是索引和约束。

Neo4j 通常被描述为模式可选，这意味着不必一定要创建索引和约束。你可以在不预先定义模式的情况下创建数据（节点、关系和属性）。当需要提高性能或获得建模优势时，可以随时引入索引和约束。

索引

索引用于提高性能。要查看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领域规则。要查看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。

命名规范

节点标签、关系类型和属性（键部分）区分大小写，例如，属性 name 与属性 Name 是不同的。

推荐以下命名规范：

表 1. 命名规范
图实体 推荐风格 示例

节点标签

帕斯卡命名法 (PascalCase)

:VehicleOwner 而不是 :vehicle_owner

关系类型

全大写下划线 (Screaming snake case)

:OWNS_VEHICLE 而不是 :ownsVehicle

属性

驼峰命名法 (camelCase)

firstName 而不是 first_name

有关精确的命名规则，请参阅 Cypher 手册 → 命名规则与建议。