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。

增

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 --> 或 <-- 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

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

查

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

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