如何在PyGraphviz中创建重复节点?

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我正在使用PyGraphviz来绘制二叉搜索树。由于无法创建重复节点,因此我无法使用PyGraphviz绘制二叉搜索树,导致边缘回到节点。
例如,以下代码仅生成5个节点,略过重复节点。我尝试为每个节点标记一个唯一的索引,但这并不能解决问题。
import pygraphviz as pgv
tree = pgv.AGraph(directed=True, strict=True)
tree.add_node(2)
tree.add_node(3)
tree.add_node(1)
tree.add_node(7)
tree.add_node(3)
tree.add_node(9)
tree.add_node(2)
tree.write('foo.dot')
image = pgv.AGraph('foo.dot')
image.layout()
image.draw('foo.pdf')
image.close()

缺少重复节点

我用于绘制BST的代码:

import pygraphviz as pgv
import random


class Node:
    insertion_step = []

    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.left = None
        self.right = None

    def addNode(self, data):
        if data < self.data:
            if self.left is None:
                self.left = Node(data)
                self.printSubtree()
            else:
                self.left.addNode(data)  # recursively calling addNode method
        else:
            if self.right is None:
                self.right = Node(data)
                self.printSubtree()
            else:
                self.right.addNode(data)

    def printSubtree(self):
        if not (self.left is None or self.right is None):
            print self.left.data, self.data, self.right.data
            self.insertion_step.append((self.left.data, self.data, self.right.data))

        elif self.left is None and not self.right is None:
            print None, self.data, self.right.data
            self.insertion_step.append((None, self.data, self.right.data))

        elif not self.left is None and self.right is None:
            print self.left.data, self.data, None
            self.insertion_step.append((self.left.data, self.data, None))

        else:
            print None, self.data, None
            self.insertion_step.append((None, self.data, None))

    def drawTree(self, tree, f):
        print self.insertion_step
        for step in self.insertion_step:
            if not step[0] is None:
                tree.add_node(step[0], color='goldenrod2', style='filled')

            tree.add_node(step[1], color='goldenrod2', style='filled')

            if not step[2] is None:
                tree.add_node(step[2], color='goldenrod2', style='filled')

            if step[0] is None or step[1] is None or step[2] is None:
                tree.add_node('', color='goldenrod1', shape='box', style='filled')

            if not step[0] is None:
                tree.add_edge(step[1], step[0], color='sienna', style='filled')
            else:
                tree.add_edge(step[1], '', color='sienna', style='filled')
            if not step[2] is None:
                tree.add_edge(step[1], step[2], color='sienna', style='filled')
            else:
                tree.add_edge(step[1], '', color='sienna', style='filled')

        tree.write(f)
        img = pgv.AGraph(f)
        img.layout()
        img.draw(f.split('.')[0] + '.pdf')
        img.close()


if __name__ == '__main__':
    lst = [random.randint(1, 10) for i in range(10)]
    print lst
    n = Node(lst[0])
    n.printSubtree()
    for num in lst[1:]:
        n.addNode(num)

    tree = pgv.AGraph(directed=True, strict=True)
    filename = 'tree.dot'
    n.drawTree(tree, filename)

BST

从上图可以看出,节点之间的边是环形的,因为不会创建重复节点。请给我建议一个实现方法。图中方框代表空节点。

2个回答

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节点名称是GraphViz跟踪单个节点的标识,因此它们必须具有唯一性。但是,您可以自由使用重复的标签。标签是最终结果中显示的内容,节点的标签默认设置为节点名称。在创建节点时请同时设置节点名称和标签。
tree.add_node(1, label=2)
tree.add_node(2, label=3)
tree.add_node(3, label=1)
tree.add_node(4, label=7)
tree.add_node(5, label=3)
tree.add_node(6, label=9)
tree.add_node(7, label=2)
请注意,这里所有的内容都被内部转换成字符串。
这导致以下结果: labelled graph 您需要重构代码以为每个唯一的节点生成唯一的ID,然后使用这些ID来创建边缘。在这里,我使用具有父ID的堆栈遍历了您的树:
def drawTree(self, tree, f):
    id = 0
    nodes = [(None, self)]  # queue with nodes to process

    while nodes:
        parent, node = nodes.pop(0)
        tree.add_node(id, label=node.data, color='goldenrod2', style='filled')
        if parent is not None:
            tree.add_edge(parent, id, color='sienna', style='filled')

        if node.left is not None:
            nodes.append((id, node.left))
        else:
            none_id = '{}_left_none'.format(id)
            tree.add_node(none_id, label='', color='goldenrod1', shape='box', style='filled')
            tree.add_edge(id, none_id, color='sienna', style='filled')

        if node.right is not None:
            nodes.append((id, node.right))
        else:
            none_id = '{}_right_none'.format(id)
            tree.add_node(none_id, label='', color='goldenrod1', shape='box', style='filled')
            tree.add_edge(id, none_id, color='sienna', style='filled')

        id += 1

    tree.write(f)
    img = pgv.AGraph(f)
    img.layout(program='dot')
    img.draw(f.split('.')[0] + '.pdf')
    img.close()

这将产生:

二叉搜索树

为了使具有相等值的节点之间的边直线化,您需要尝试向边添加权重:

def drawTree(self, tree, f):
    id = 0
    nodes = [(None, self)]  # queue with nodes to process

    while nodes:
        parent, node = nodes.pop(0)
        tree.add_node(id, label=node.data, color='goldenrod2', style='filled')

        if parent is not None:
            weight = 1
            if tree.get_node(parent).attr['label'] == str(node.data):
                # same value, increase weight of edge to straighten it.
                weight = 10
            tree.add_edge(parent, id, color='sienna', style='filled', weight=weight)

        if node.left is not None:
            nodes.append((id, node.left))
        else:
            none_id = '{}_left_none'.format(id)
            tree.add_node(none_id, label='', color='goldenrod1', shape='box', style='filled')
            tree.add_edge(id, none_id, color='sienna', style='filled')

        if node.right is not None:
            nodes.append((id, node.right))
        else:
            none_id = '{}_right_none'.format(id)
            tree.add_node(none_id, label='', color='goldenrod1', shape='box', style='filled')
            tree.add_edge(id, none_id, color='sienna', style='filled')

        id += 1

    tree.write(f)
    img = pgv.AGraph(f)
    img.layout(prog='dot')
    img.draw(f.split('.')[0] + '.png')
    img.close()

这会导致:

带有加权边的二叉树

您可以微调具体的权重。


@Martijn 谢谢您的回复。您的代码似乎无法处理更大的数字列表。我尝试了一个列表:[8, 9, 2, 4, 5, 4, 5, 9, 1, 3, 5, 7, 1, 3, 7]。我得到了错误的结果,第一个元素重复了两次,并且列表的最后一个元素被省略了。我已经使用您的代码生成的图像更新了您的回复,还包括我更新的代码生成的图像。我还在编辑回复中包括了我的更新代码。基本上,我想要none节点来创建平衡的树形视图,而不是底部的单个节点。请查看上面编辑过的回复。 - Shankar
@ArunprasathShankar:更新为生成单独的“无”节点,并使用您的新示例。 - Martijn Pieters
@Martjin 非常感谢您。我对您编写 Python 代码的速度感到惊讶和羡慕。它完美无缺。还有最后一件事,如果一个节点只有一个子节点,我们如何使子节点直接位于父节点旁边(例如节点1),而不是直接位于父节点下方。有没有办法让它倾斜呢?这是为了礼仪目的,这样看起来就完美了。 - Shankar
我添加了一个示例,可以选择性地将边缘权重设置为直线。 GraphViz仍然可能会整理其他边缘,引擎可能有些棘手。 尝试调整权重! - Martijn Pieters
@Martjin 太好了!谢谢你的帮助。我已经为此苦思冥想了几天!! - Shankar

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GraphViz为您简化了图形。如果要防止它这样做,您可以添加具有相同标签的不同节点,例如添加21和22而不是2,并将它们标记为2。然后您可以单独使用它们。标签是节点的属性。

我使用上面的示例表格来说明节点和标签的用法。它展示了节点的不同数据类型。一些节点具有相同的标签。绘制的图表并没有显示我创建的节点ID的混乱,只显示标签。当然,您可以为您的BST选择一个合理的命名方案,即使它可能仅是唯一的数字。

import pygraphviz as pgv
import random
tree = pgv.AGraph(directed=True, strict=True)
tree.add_node("2.1", label='2')
tree.add_node(3.0, label='3')
tree.add_node(3.1, label='3')
tree.add_node(random.randint(1, 1000000), label='7')
tree.add_node(random.randint(1, 1000000), label='7')
tree.add_node(random.randint(1, 1000000), label='7')
tree.add_node("2.2", label='2')
tree.write('foo.dot')
image = pgv.AGraph('foo.dot')
image.layout()
image.draw('foo.pdf')
image.close()

这是我得到的:样本图,只有节点,没有边
编辑:添加了示例代码。

我尝试使用标签,但这并不能完全解决问题。现在我正在使用不可见节点,并尝试模拟指针函数来绘制结构,但代码变得非常混乱和复杂。我想知道是否有一种方法可以使用子图来实现这一点。此外,如果您找到任何工作示例或修复我的代码,请指引我。 - Shankar
我刚刚更新了你的第一个简单代码片段,使用标签来代替依赖于ID进行装饰。 - rfindeis

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