NetworkX 可扩展性，用于节点/边缘的自定义存储

Question

NetworkX 是否支持自定义节点、边和属性的存储位置？例如，我想尝试 2 个选项：

1. 使用 LevelDB / Kyoto Cabinet 之类的东西作为后备存储。

2. 使用一些分布式数据库（Neo4j 甚至 HBase - 我只需要节点/边缘的分布式存储）作为后备存储。

NetworkX 支持这些东西的扩展点是什么？

Answer 1

应该可以通过继承 Graph 类并提供用户定义的工厂函数来扩展 networkx。 这些函数可以查询数据库并将结果缓存在 networkx 使用的字典中。

我在在线文档中找不到这些行，但在 code 你有：

子类（高级）：

Graph 类使用 dict-of-dict-of-dict 数据结构。

外部字典（node_dict）保存由节点键控的邻接列表。 下一个dict（adjlist）代表邻接表并持有 由邻居键控的边缘数据。内部 dict (edge_attr) 表示 边缘数据并保存由属性名称键入的边缘属性值。

这三个字典中的每一个都可以替换为用户定义的 类似字典的对象。一般来说，类似dict的特征应该是 维护，但可以添加额外的功能。替换其中一个 dicts 通过更改 class(!) 变量来创建一个新的图形类 为那种类似字典的结构持有工厂。变量名 分别是 node_dict_factory、adjlist_dict_factory 和 edge_attr_dict_factory。

    node_dict_factory : function, (default: dict)
    Factory function to be used to create the outer-most dict
    in the data structure that holds adjacency lists keyed by node.
    It should require no arguments and return a dict-like object.

    adjlist_dict_factory : function, (default: dict)
    Factory function to be used to create the adjacency list
    dict which holds edge data keyed by neighbor.
    It should require no arguments and return a dict-like object

    edge_attr_dict_factory : function, (default: dict)
    Factory function to be used to create the edge attribute
    dict which holds attrbute values keyed by attribute name.
    It should require no arguments and return a dict-like object.

我不知道 networkx 有任何官方扩展。

Answer 2

我将发布为外部存储设置 NetworkX 的细微差别。 Kikohs 正确地指出每个字典都有工厂。这些可以被覆盖。

对于持久存储，唯一真正需要特别注意的字典是节点字典。

必须特别注意类 dict 实现的行为方式。 NetworkX 类中有一些代码可以更改从内存中的字典返回的值，而不会将它们设置回来。

例如：

self.succ[u][v]=datadict
self.pred[v][u]=datadict

这些值不会被持久化回存储后端。为了适应这一点，我使用了一个内存缓存，它将对象保存在内存中，当它们被驱逐时，它会将它们写入底层存储。

对于内存缓存，我使用了cachetools。驱逐见：Python functools.lru_cache eviction callback or equivalent

对于底层存储，我使用了plyvel (https://plyvel.readthedocs.org/en/latest/)，它是 LevelDB 的 Python 接口。

下面我也给出了字典的实现。请注意，代码中仍然存在错误和错误，并且尚未正确测试，但您大致了解。

class PlyvelBatchWrite(object):
    def __init__(self, plv_dict):
        self.__batch = plv_dict._db.write_batch()
        self.__plvd = plv_dict

    def set(self, key, val):
        self.__batch.put(self.__plvd.serializer.pack(key), self.__plvd.serializer.pack(val))

    def delete(self, key):
        self.__batch.delete(self.__plvd.serializer.pack(key))

    def clear(self):
        self.__batch.clear()

    def commit(self):
        self.__batch.write()


class PlyvelDict(MutableMapping):
    def __init__(self, directory='', db=None, serializer_factory=None, cache_factory=None, **kwargs):
        self.__directory = directory
        ensure_directory(directory)
        if isinstance(db, str) or db is None:
            if db is None:
                # generate UUID
                db = str(uuid.uuid4())
            self.__db = db
            db = plyvel.DB(self.name(), **kwargs)
        else:
            self.__db = kwargs['db']
        self._db = db
        if serializer_factory:
            self.serializer = serializer_factory()
        else:
            self.serializer = None
        if cache_factory:
            self.__cache = cache_factory(self.__cache_miss, self.__cache_evict)
        else:
            self.__cache = None

    def name(self):
        full_path = os.path.join(self.__directory, self.__db)
        return full_path

    def __cache_miss(self, key):
        b_item = self._db.get(self.serializer.pack(key))
        if b_item is not None:
            return self.serializer.unpack(b_item)
        else:
            raise KeyError(key)

    def __cache_evict(self, key, val):
        self._db.put(self.serializer.pack(key), self.serializer.pack(val))

    def __copy__(self):
        return type(self)(self.__directory, self._db, type(self.serializer), type(self.__cache), db=self.__db)

    def __getitem__(self, key):
        return self.__cache[key]

    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self.__cache:
            self.__cache[key] = value
        self.__write_to_db(key, value)

    def __write_to_db(self, key, value):
        self._db.put(self.serializer.pack(key), self.serializer.pack(value))

    def __delitem__(self, key):
        if key in self.__cache:
            del self.__cache[key]
        self._db.delete(self.serializer.pack(key))

    def __iter__(self):
        return self.iterkeys()

    def __keytransform__(self, key):
        return key

    def __len__(self):
        return self.count()

    def __del__(self):
        self.flush()
        if not self._db.closed:
            self._db.close()

    # improved methods
    def flush(self, write_to_db=False):
        if self.__cache:
            if write_to_db:
                batch = self.set_batch()
                for key, val in self.__cache.items():
                    batch.set(key, val)
                batch.commit()
            self.__cache.clear()

    def set_batch(self):
        return PlyvelBatchWrite(self)

    def iteritems(self):
        self.flush()
        for key, value in self._db.iterator(include_key=True, include_value=True):
            yield (self.serializer.unpack(key), self.serializer.unpack(value))

    def iterkeys(self):
        self.flush()
        for key in self._db.iterator(include_key=True, include_value=False):
            yield self.serializer.unpack(key)

    def itervalues(self):
        self.flush()
        for val in self._db.iterator(include_key=False, include_value=True):
            yield self.serializer.unpack(val)

    def keys(self):
        self.flush()
        # fixes default method which calls __len__
        return list(self.iterkeys())

    def values(self):
        self.flush()
        return list(self.itervalues())

    def has_key(self, key):
        return key in self

    def clear(self):
        self.flush()
        for k in self:
            del self[k]

    def count(self):
        self.flush()
        return sum(1 for key in self)

还有图形类：

class PersistedGraph(nx.Graph):
    def __init__(self, data=None, node_dict_factory=None, adjlist_dict_factory=None, edge_attr_dict_factory=None,
                 **attr):
        if node_dict_factory:
            self.node_dict_factory = node_dict_factory
        if adjlist_dict_factory:
            self.adjlist_dict_factory = adjlist_dict_factory
        if edge_attr_dict_factory:
            self.edge_attr_dict_factory = edge_attr_dict_factory
        nx.Graph.__init__(self, data, **attr)