封面《D.C.4 Plus Harmony》

neo4j和知识图谱简介

Neo4j是由Neo4j,Inc开发的一个图数据库管理系统。其开发人员将其描述为一个具有本地图存储和处理的符合ACID事务的数据库,Neo4j在GPL3协议下开源社区版,还具有在商业闭源协议下的在线备份和高可用拓展。Neo还允许Neo4j在闭源商业中使用这些插件。
Neo4j是由Java实现,同时可以被其他语言写的软件使用事务性HTTP端点或者二进制“Bolt”协议通过Cypher查询语言来进行访问。

以上翻译自Wikipedia。简单来说Neo4j是一个以图形式存储的一个NOSQL。

知识图谱(Knowledge Graph),在图书情报界称为知识域可视化或知识领域映射地图,是显示知识发展进程与结构关系的一系列各种不同的图形,用可视化技术描述知识资源及其载体,挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系。
知识图谱,是通过将应用数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科的理论与方法与计量学引文分析、共现分析等方法结合,并利用可视化的图谱形象地展示学科的核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构达到多学科融合目的的现代理论。

对于这种知识图谱,最好是用neo4j这种图数据库存储。效果如下

neo4j安装

可以直接到官网进行不同版本的选择安装。我这里选择desktop安装。

启动

启动比较简单,开箱即用。可以点击下图的start启动数据库是,然后进行open打开内置浏览器。也可以浏览器中打开http://localhost:7474/browser/进行访问。

Cypher query

新建一个project和database来开始我们的学习。

Cypher query增加节点非常简单
首先来增加一个人物节点

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CREATE (p:Person{name:"qxdn",age:21}) return p


蓝色的就是创建的节点,其中CREATE就是创建一个节点或者关系。其中p表示的是变量名,后续引用这个节点的时候可以使用这个变量名。其中{}为该节点的属性,类似于json。return为返回输出(可选)。
Cypher中的节点表示如下

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()                  //匿名节点,无标签
(p:Person) //使用变量p和标签Person
(:Technology) //无变量,标签为Technology
(work:Company) //使用变量work和标签Company

接下来创建更多的节点

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CREATE (p:Person{name:"a",age:21}) return p
CREATE (p:Person{name:"b",age:21}) return p
CREATE (p:Person{name:"c",age:21}) return p

创建关系

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MATCH (p1:Person {name: 'qxdn'})
MATCH (p2:Person {name: 'a'})
CREATE (p1)-[rel:IS_FRIENDS_WITH{from:2021}]->(p2)
// OR 使用MERGE可以避免重复定义
MATCH (p1:Person {name:'b'}), (p2:Person {name:"qxdn"})
MERGE (p1)<-[:IS_FRIENDS_WITH{from:2021}]-(p2)


添加关系的方法还是非常简单的。使用[]即可表示关系,:区分变量名和标签,同样可以使用{}描述关系的属性。需要注意的是这里的关系是有方向的,需要用--><--表示。上图可以很明显的看出来。如果不知道方向可以使用--表示,这对与查询来说会更简单。
此外在创建节点的时候就可以指明关系

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CREATE (:Person{name:"d"}) -[:IS_FRIENDS_WITH{from:2020}]->(:Person{name:"e"})

删除命令也比较简单,但是需要注意的是,NEO4j中删除节点需要改节点没有关联的关系。
为了有更好的展示效果,先增条数据

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MATCH (p:Person{name:"qxdn"})
CREATE (p)-[:BORIN]->(:Country{name:"China"})
//
CREATE (:Person{name:"f"}) -[:IS_FRIENDS_WITH{from:2020}]->(:Person{name:"g"})

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// 删除关系
MATCH (:Person {name: 'f'})-[r:IS_FRIENDS_WITH]->(:Person {name: 'g'})
DELETE r
// 删除节点
MATCH (p:Person {name: 'c'})
DELETE p
// 删除节点和关系
MATCH (p1:Person {name: 'd'})-[r:IS_FRIENDS_WITH]->(p2:Person {name: 'e'})
DELETE p1,p2,r
// 断开一个节点的关系和其自身
MATCH (c:Country{name:"China"})
DETACH DELETE c
// 删除一个节点的属性
MATCH (n:Person {name: 'qxdn'})
REMOVE n.age
// OR
MATCH (n:Person {name: 'a'})
SET n.age = null

删除之后

先执行一下语句增加节点

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//
CREATE (:Country{name:"China"})
//
CREATE (:Country{name:"USA"})
//
MATCH (p:Person{name:"qxdn"}),(c:Country{name:"China"})
MERGE (p)-[:BORN_IN]->(c)
//
MATCH (p:Person{name:"a"}),(c:Country{name:"China"})
MERGE (p)-[:BORN_IN]->(c)
//
MATCH (p:Person{name:"b"}),(c:Country{name:"USA"})
MERGE (p)-[:BORN_IN]->(c)
//
MATCH (p:Person{name:"g"}),(c:Country{name:"USA"})
MERGE (p)-[:BORN_IN]->(c)
//
MATCH (p:Person{name:"f"}),(c:Country{name:"China"})
MERGE (p)-[:BORN_IN]->(c)

查询语句主要靠MATCH关键词,其功能类似于sql中的SELECT

查询所有节点,只输出25个避免过多节点。

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MATCH (n) 
RETURN n
LIMIT 25

结果与上图一样

查询qxdn出生的国家

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MATCH (:Person {name: 'qxdn'})-[:BORN_IN]->(c:Country)
RETURN c

查询qxdn和a做朋友的起始年

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MATCH (:Person {name: 'qxdn'})-[r:IS_FRIENDS_WITH]->(:Person {name: 'a'})
RETURN r.from

查询所有中国出生的人

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MATCH (p:Person)-[:BORN_IN]->(c:Country{name:"China"})
RETURN p,c

改主要是使用SET关键词
修改a的出生国

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MATCH (p:Person{name:"a"})-[:BORN_IN]-(c:Country{name:"China"})
SET c.name = "USA"
RETURN p,c

前端可视化

前端可视化可以使用neovis.js。这是使用vis.js对neo4j进行定制,可以在前端直接操作neo4j。由于实验室项目不需要管啥安全,因此也不管明文密码了。

这里我们先clone一下官网的repo。并修改其中的simple-example.html。修改其中的config变量

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var config = {
container_id: "viz", //jquery的容器id
server_url: "bolt://localhost:7687", //服务器url
server_user: "qxdn",
server_password: "123456",

labels: {
//"Character": "name",
"Person": {
"caption": "name", //节点显示的内容
"title_properties": [ //鼠标移到节点上显示的内容
"name",
"age"
]
},
"Country": {
"caption": "name"
}
},
relationships: {
},


initial_cypher: "MATCH p=()-->() RETURN p" // 初始化的cypher语句
};

完整代码

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<!doctype html>
<html>

<head>
<title>Neovis.js Simple Example</title>
<style type="text/css">
html,
body {
font: 16pt arial;
}

#viz {
width: 900px;
height: 700px;
border: 1px solid lightgray;
font: 22pt arial;
}
</style>

<!-- FIXME: load from dist -->
<script type="text/javascript" src="../dist/neovis.js"></script>


<script src="https://code.jquery.com/jquery-3.2.1.min.js"
integrity="sha256-hwg4gsxgFZhOsEEamdOYGBf13FyQuiTwlAQgxVSNgt4=" crossorigin="anonymous"></script>

<script type="text/javascript">
// define config car
// instantiate nodevis object
// draw

var viz;

function draw() {
var config = {
container_id: "viz",
server_url: "bolt://localhost:7687",
server_user: "qxdn",
server_password: "123456",

labels: {
//"Character": "name",
"Person": {
"caption": "name",
"title_properties": [
"name",
"age"
]
},
"Country": {
"caption": "name"
}
},
relationships: {
},


initial_cypher: "MATCH p=()-->() RETURN p"
};

viz = new NeoVis.default(config);
viz.render();
console.log(viz);

}
</script>
</head>

<body onload="draw()">
<div id="viz"></div>


Cypher query: <textarea rows="4" cols=50 id="cypher"></textarea><br>
<input type="submit" value="Submit" id="reload">
<input type="submit" value="Stabilize" id="stabilize">


</body>

<script>
$("#reload").click(function () {

var cypher = $("#cypher").val();

if (cypher.length > 3) {
viz.renderWithCypher(cypher);
} else {
console.log("reload");
viz.reload();

}

});

$("#stabilize").click(function () {
viz.stabilize();
})

</script>

</html>

后记

本文简单的介绍了一下neo4j以及其的Cypher Query语句,还有前端可视化的方案。关于Cypher更详细的用法和前端更多参数化的定制可以看官方的教程,链接放在了下方的参考资料里面。

参考资料

Neo4j wikipedia

知识图谱

Querying with Cypher

guide-cypher-basics

neovis.js