图数据库neo4j的介绍与入门使用

介绍

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　　Neo4j 是一款较为领先的图数据库，由java编写，图数据库与常用的关系型/非关系型数据库不同，它没有表的概念，主要的存储对象为结点、关系（边）以及属性。

存储形式

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　　1、结点：对应一个实体。

　　2、关系：对应一个实体间的关系。

　　3、属性：每一个结点和关系可以存储个属性。

　　4、标签、类型：每一个结点和关系可以存储任意个类型（也成标签，label或者type）。

Neo4j的特点

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• 它拥有简单的查询语言 Neo4j CQL
• 它遵循属性图数据模型
• 它通过使用 Apache Lucence 支持索引
• 它支持 UNIQUE 约束
• 它包含一个用于执行 CQL 命令的 UI：Neo4j 数据浏览器
• 它支持完整的 ACID（原子性，一致性，隔离性和持久性）规则
• 它采用原生图形库与本地 GPE（图形处理引擎）
• 它支持查询的数据导出到 Json 和 XLS 格式
• 它提供了 REST API，可以被任何编程语言（如 Java，Spring，Scala 等）访问
• 它提供了可以通过任何 UI MVC 框架（如 Node JS ）访问的 Java 脚本
• 它支持两种 Java API：Cypher API 和 Native Java API 来开发 Java 应用程序

CQL -- Neo4j的查询指令

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　　Neo4j的查询语句是CQL，类似SQL语句，相关入门教程在：https://www.w3cschool.cn/neo4j/neo4j_cql_introduction.html

py2neo -- 对接 Neo4j 的python库

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　　py2neo 是一款非常方便、对接Neo4j的python库，它的官方文档：http://py2neo.org/v3/index.html，GitHub：https://github.com/technige/py2neo

　　它引入 Node、Relationship、NodeMatcher 等等对接与neo4j存储结构的类，实现了对neo4j的增删查改等等功能。

　　我封装了一个基于py2neo的类 Neo4jDao，具有一些常用的模块，能够加速我们在项目中的开发速度。

　　完整的类的代码：

from py2neo import Graph, Node, Relationship, NodeMatcher

class Neo4jDao:

    def __init__(self, username='neo4j', password='123456789'):
        self.username = username
        self.password = password
        self.my_graph = self.connectNeo4j(username=self.username, password=self.password)

    @staticmethod
    def connectNeo4j(username: str, password: str):
        my_graph = Graph(
            "http://localhost:7474",
            username=username,
            password=password
        )
        return my_graph

    def createNode(self, label: str, properties: dict):
        """创建结点，如果结点有类型和属性的话，也一起创建

        :param label: 结点的类型
        :param properties: 多个属性键值对组成的字典，用于初始化结点的属性
        :return:创建好的结点，类型为Node
        """
        node = Node(label, **properties)
        self.my_graph.create(node)
        return node

    def createRelationship(self, start_node: Node, relation_type: str, end_node: Node, relation_properties=None):
        """创建关系，如果有关系上属性的话就一起创建

        :param start_node: 起始结点
        :param relation_type: 关系类型
        :param end_node: 结束结点
        :param relation_properties: 属性字典，如果有传入的话，则在关系上添加多个形如"属性名：属性值"的键值对
        :return: 创建好的关系对象
        """
        new_relation = Relationship(start_node, relation_type, end_node)
        new_relation.update(relation_properties)
        self.my_graph.create(new_relation)
        return new_relation

    def updateProperty(self, node_or_relation, aProperty: tuple):
        if (not isinstance(node_or_relation, Node)) and (not isinstance((node_or_relation, Relationship))):
            raise TypeError('node_or_relation 需要是 Node 或 Relationship 类型')
        node_or_relation[aProperty[0]] = aProperty[1]  # tuple的第一位存属性名，第二位存属性值
        self.my_graph.push(node_or_relation)

    @staticmethod
    def updateMultipleProperty(node_or_relation, properties: dict):
        """同时更新多个属性

        :param node_or_relation: 一个结点或关系对象
        :param properties: 多个需要更新的"属性名:属性值"键值对组成的字典
        :return:
        """
        if (not isinstance(node_or_relation, Node)) and (not isinstance((node_or_relation, Relationship))):
            raise TypeError('node_or_relation 需要是 Node 或 Relationship 类型')
        node_or_relation.update(properties)

    def findOneNode(self, node_type=None, properties=None, where=None):
        """查找一个结点

        :param node_type:结点类型，即 label，类型是str
        :param properties: 多个"属性名: 属性值"键值对组成的字典，类型是dict
        :param where: 查询子句，类型是str
        :return: 一个Node类型的结点
        """
        matcher = NodeMatcher(self.my_graph)

        if not (isinstance(node_type, str)):
            raise TypeError('查询的结点的类型必须要指定，而且node_type必须是字符串类型')

        if not (properties is None):
            if not (isinstance(properties, dict)):
                raise TypeError('properties是多个属性键值对组成的字典，它必须是dict类型')

        if not (where is None):
            if not (isinstance(where, str)):
                raise TypeError('where表示的是查询条件，它必须是字符串类型')

        if (where is None) and (properties is None):
            return matcher.match(node_type).first()

        elif (not (properties is None)) and (where is None):
            return matcher.match(node_type, **properties).first()

        elif (properties is None) and (not (where is None)):
            return matcher.match(node_type).where(where).first()

    def findAllNode(self, node_type=None, properties=None, where=None):
        """查找多个结点

        :param node_type: node_type:结点类型，即 label，类型是str
        :param properties: 多个"属性名: 属性值"键值对组成的字典，类型是dict
        :param where: 查询子句，类型是str
        :return: 多个Node类型的结点组成的list，类型是list
        """
        matcher = NodeMatcher(self.my_graph)
        if not (isinstance(node_type, str)):
            raise TypeError('查询的结点的类型必须要指定，而且node_type必须是字符串形式')
        if not (where is None):
            if not (isinstance(where, str)):
                raise TypeError('where表示的是查询条件，它必须是字符串形式')

        if (properties is None) and (where is None):
            res = matcher.match(node_type)
            if len(list(res)) > 0:
                return list(res)
            else:
                return None

        elif (not (properties is None)) and (where is None):
            res = matcher.match(node_type, **properties)
            if len(list(res)) > 0:
                return list(res)
            else:
                return None

        elif (properties is None) and (not (where is None)):
            res = matcher.match(node_type).where(where)
            if len(list(res)) > 0:
                return list(res)
            else:
                return None

    def findOneRelationship(self, nodes=None, r_type=None):
        """ 查找一条关系

        :param nodes: 要查找的结点集合，比如[起点，终点]，这个参数可以没有
        :param r_type: 要查找的关系的类型
        :return:  None 或者 一条查询结果
        """

        if (nodes is None) and (r_type is None):
            raise TypeError('nodes 和 r_type 必须有一个是非空')

        elif (not (nodes is None)) and (not (r_type is None)):
            return self.my_graph.match_one(nodes=nodes, r_type=r_type)

        elif (not (nodes is None)) and (r_type is None):
            return self.my_graph.match_one(nodes=nodes)

        elif (nodes is None) and (not (r_type is None)):
            return self.my_graph.match_one(r_type=r_type)

    def findAllRelationship(self, nodes=None, r_type=None):
        """ 查找多条关系

        :param nodes: 要查找的结点集合，比如[起点，终点]，这个参数可以没有
        :param r_type: 要查找的关系的类型
        :return:  None 或者 多条查询结果组成的list
        """

        if (nodes is None) and (r_type is None):
            raise TypeError('nodes 和 r_type 必须有一个是非空')

        elif (not (nodes is None)) and (not (r_type is None)):
            res = self.my_graph.match(nodes=nodes, r_type=r_type)
            if res is None:
                return None
            else:
                return list(res)


        elif (not (nodes is None)) and (r_type is None):
            res = self.my_graph.match(nodes=nodes)
            if res is None:
                return None
            else:
                return list(res)

        elif (nodes is None) and (not (r_type is None)):
            res = self.my_graph.match(r_type=r_type)
            if res is None:
                return None
            else:
                return list(res)

    def isExist(self, node=None, relationship=None):
        if (node is None) and (relationship is None):
            raise TypeError('要查询的 node 和 relationship 之中必须有一个存在值')

        if (not (node is None)) and isinstance(node, Node):
            return self.my_graph.exists(node)
        elif (not (relationship is None)) and isinstance(relationship, Relationship):
            return self.my_graph.exists(relationship)
        else:
            raise TypeError('要查询的 node 或 relationship 的类型并不是 Node 或 Relationship')

　　链接模块 connectNeo4j ，和 mysql 的连接方法基本一样，返回的是一个 Graph 实例，它有 create 方法（创建结点与关系），push（更新结点与关系，比如更新某一个结点的属性）；

 @staticmethod
    def connectNeo4j(username: str, password: str):
        my_graph = Graph(
            "http://localhost:7474",
            username=username,
            password=password
        )
        return my_graph

　　创建模块 createNode，createRelationship，用于创建结点和关系

   def createNode(self, label: str, properties: dict):
        """创建结点，如果结点有类型和属性的话，也一起创建

        :param label: 结点的类型
        :param properties: 多个属性键值对组成的字典，用于初始化结点的属性
        :return:创建好的结点，类型为Node
        """
        node = Node(label, **properties)
        self.my_graph.create(node)
        return node

    def createRelationship(self, start_node: Node, relation_type: str, end_node: Node, relation_properties=None):
        """创建关系，如果有关系上属性的话就一起创建

        :param start_node: 起始结点
        :param relation_type: 关系类型
        :param end_node: 结束结点
        :param relation_properties: 属性字典，如果有传入的话，则在关系上添加多个形如"属性名：属性值"的键值对
        :return: 创建好的关系对象
        """
        new_relation = Relationship(start_node, relation_type, end_node)
        new_relation.update(relation_properties)
        self.my_graph.create(new_relation)
        return new_relation

　　更新属性的方法 updateProperty 以及 updateMultipleProerty，前者用于更新结点/关系的一个属性，后者更新结点/关系的多个属性

    def updateProperty(self, node_or_relation, aProperty: tuple):
        if (not isinstance(node_or_relation, Node)) and (not isinstance((node_or_relation, Relationship))):
            raise TypeError('node_or_relation 需要是 Node 或 Relationship 类型')
        node_or_relation[aProperty[0]] = aProperty[1]  # tuple的第一位存属性名，第二位存属性值
        self.my_graph.push(node_or_relation)

    @staticmethod
    def updateMultipleProperty(node_or_relation, properties: dict):
        """同时更新多个属性

        :param node_or_relation: 一个结点或关系对象
        :param properties: 多个需要更新的"属性名:属性值"键值对组成的字典
        :return:
        """
        if (not isinstance(node_or_relation, Node)) and (not isinstance((node_or_relation, Relationship))):
            raise TypeError('node_or_relation 需要是 Node 或 Relationship 类型')
        node_or_relation.update(properties)

　　查找方法有五个，分别是：

　　　　1、根据类型或属性查找一个结点（findOneNode）

    def findOneNode(self, node_type=None, properties=None, where=None):
        """查找一个结点

        :param node_type:结点类型，即 label，类型是str
        :param properties: 多个"属性名: 属性值"键值对组成的字典，类型是dict
        :param where: 查询子句，类型是str
        :return: 一个Node类型的结点
        """
        matcher = NodeMatcher(self.my_graph)

        if not (isinstance(node_type, str)):
            raise TypeError('查询的结点的类型必须要指定，而且node_type必须是字符串类型')

        if not (properties is None):
            if not (isinstance(properties, dict)):
                raise TypeError('properties是多个属性键值对组成的字典，它必须是dict类型')

        if not (where is None):
            if not (isinstance(where, str)):
                raise TypeError('where表示的是查询条件，它必须是字符串类型')

        if (where is None) and (properties is None):
            return matcher.match(node_type).first()

        elif (not (properties is None)) and (where is None):
            return matcher.match(node_type, **properties).first()

        elif (properties is None) and (not (where is None)):
            return matcher.match(node_type).where(where).first()

　　　　2、根据类型或属性查找所有结点（findAllNode）

    def findAllNode(self, node_type=None, properties=None, where=None):
        """查找多个结点

        :param node_type: node_type:结点类型，即 label，类型是str
        :param properties: 多个"属性名: 属性值"键值对组成的字典，类型是dict
        :param where: 查询子句，类型是str
        :return: 多个Node类型的结点组成的list，类型是list
        """
        matcher = NodeMatcher(self.my_graph)
        if not (isinstance(node_type, str)):
            raise TypeError('查询的结点的类型必须要指定，而且node_type必须是字符串形式')
        if not (where is None):
            if not (isinstance(where, str)):
                raise TypeError('where表示的是查询条件，它必须是字符串形式')

        if (properties is None) and (where is None):
            res = matcher.match(node_type)
            if len(list(res)) > 0:
                return list(res)
            else:
                return None

        elif (not (properties is None)) and (where is None):
            res = matcher.match(node_type, **properties)
            if len(list(res)) > 0:
                return list(res)
            else:
                return None

        elif (properties is None) and (not (where is None)):
            res = matcher.match(node_type).where(where)
            if len(list(res)) > 0:
                return list(res)
            else:
                return None

　　　　3、根据结点集合（如 [起始点]）或类型查找一条关系（findOneRelationship）

    def findOneRelationship(self, nodes=None, r_type=None):
        """ 查找一条关系

        :param nodes: 要查找的结点集合，比如[起点，终点]，这个参数可以没有
        :param r_type: 要查找的关系的类型
        :return:  None 或者 一条查询结果
        """

        if (nodes is None) and (r_type is None):
            raise TypeError('nodes 和 r_type 必须有一个是非空')

        elif (not (nodes is None)) and (not (r_type is None)):
            return self.my_graph.match_one(nodes=nodes, r_type=r_type)

        elif (not (nodes is None)) and (r_type is None):
            return self.my_graph.match_one(nodes=nodes)

        elif (nodes is None) and (not (r_type is None)):
            return self.my_graph.match_one(r_type=r_type)

　　　　4、根据结点集合（如 [起始点]）或类型查找多条关系（findAllRelationship）

    def findAllRelationship(self, nodes=None, r_type=None):
        """ 查找多条关系

        :param nodes: 要查找的结点集合，比如[起点，终点]，这个参数可以没有
        :param r_type: 要查找的关系的类型
        :return:  None 或者 多条查询结果组成的list
        """

        if (nodes is None) and (r_type is None):
            raise TypeError('nodes 和 r_type 必须有一个是非空')

        elif (not (nodes is None)) and (not (r_type is None)):
            res = self.my_graph.match(nodes=nodes, r_type=r_type)
            if res is None:
                return None
            else:
                return list(res)


        elif (not (nodes is None)) and (r_type is None):
            res = self.my_graph.match(nodes=nodes)
            if res is None:
                return None
            else:
                return list(res)

        elif (nodes is None) and (not (r_type is None)):
            res = self.my_graph.match(r_type=r_type)
            if res is None:
                return None
            else:
                return list(res)

　　　　5、查找某一个结点或者关系是否存在于该数据库中

    def isExist(self, node=None, relationship=None):
        if (node is None) and (relationship is None):
            raise TypeError('要查询的 node 和 relationship 之中必须有一个存在值')

        if (not (node is None)) and isinstance(node, Node):
            return self.my_graph.exists(node)
        elif (not (relationship is None)) and isinstance(relationship, Relationship):
            return self.my_graph.exists(relationship)
        else:
            raise TypeError('要查询的 node 或 relationship 的类型并不是 Node 或 Relationship')

　　介绍完了上面这些，是不是有点乏味呢？现在让我们来看看怎么样去使用吧~

　　假如说我想要将“一个名为lwf、现居西安、喜欢歌手为周杰伦的福建人”这条信息存入图数据库neo4j，步骤如下：

　　1、启动neo4j

　　2、初始化一个 Dao 实例，同时将图数据库的用户名和密码作为参数传入

　　3、利用 createNode() 创建一个结点，该结点的类型是 person，其余信息作为属性，比如“名字->lwf”、“喜欢歌手->周杰伦”，将属性构造成一个具有多个键值对的字典，代码如下：

 dao = Neo4jDao(username='neo4j', password='123')
    node1 = dao.createNode(label='Person',
                            properties={'name': 'lwf', 'living': 'xi an', 'home': '福建', 'favor singer': '周杰伦'})

　　4、连接到 http://localhost:7474/browser/ ，登陆后输入“MATCH (n:person) RETURN n”，查询结果如下：

　　　　

　　　　

　　　　已经看到了相关结点以及其属性的信息了吧！！！

　　

　　假如说我们的项目研究的是人和电影的关系，那么我们还需要用另外一个结点表示电影，一条边表示“看电影”的关系。所以，我们利用 createNode 创建一个类型为Moive的电影结点，它的名字是“复联4”，然后利用 createRelationship 创建一个由人指向电影的关系，关系的类型是“观看”，代码如下：

node3 = dao.createNode(label='Movie', properties={'name': "复仇者联盟4：Eng Game"})

relation4 = dao.createRelationship(start_node=node1, end_node=node3, relation_type='观看')

　　随后连接到 http://localhost:7474/browser/ ，登陆后输入“MATCH (n) RETURN n”，查询结果如下：

　　　　

　　　　

　　怎么样，是不是每个实体之间的关系就很清楚地显示出来了！！！这就是图数据库相对于关系型数据库、非关系型数据库的优势。

应用场景

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　　图数据库常用于知识图谱，推荐算法等等领域，用于快速地发现数据实体之间的关系