Графовые базы данных

Кардинальным отличием графовых баз данных в SQL Server от графовых баз данных направления NoSQL является то, что для моделирования графа в SQL Server используются таблицы. Это таблицы двух специальных видов. Один вид таблиц используется для создания узлов, и другой – для создания ребер (связей). Отметим, что табличное представление узлов и ребер дает возможность писать запросы к этим таблицам на языке SQL.

Таблица типа узла описывает некую сущность. Экземпляры этой сущности представлены строками таблицы и характеризуются одинаковым набором свойств (столбцами таблицы). Таблица типа ребра определяет характер и направление связи между узлами. Скажем, таблица ToBeFriends (дружить) могла бы описывать дружественную связь между экземплярами одной или разных сущностей.

Вероятно, пора переходить к примерам. Предлагаю взять учебную базу «Окраска», и отобразить реляционную структуру этой базы на структуру графа без потери информации. Это позволит нам писать запросы и сравнивать результаты на двух моделях, представляющих в разной форме одну и ту же информацию.

Итак, у нас есть два типа узлов, представляющих сущности квадрата и баллона, и одна связь между ними, которую можно выразить так: баллон окрашивает квадрат. Направление связи – от баллона к квадрату.

Создадим таблицы узлов:

--Квадраты
CREATE TABLE utqG (
    q_id INT PRIMARY KEY,
    q_name VARCHAR(35) NOT NULL,
) AS NODE;
--Баллончики
CREATE TABLE utvG (
    v_id INT PRIMARY KEY,
    v_name VARCHAR(35) NOT NULL,
    v_color char(1) NOT NULL
) AS NODE;

Как видите, таблицы создаются аналогично обычным реляционным за исключением указания типа – AS NODE (т.е. узел). Теперь посмотрим на структуру созданных таблиц:

SELECT table_name, column_name, data_type 
FROM information_schema.COLUMNS 
WHERE table_name='utqG';

При создании таблицы узлов, помимо пользовательских, автоматически создаются еще два псевдостолбца – graph_id и $node_id. Давайте наполним таблицу данными и посмотрим, что находится в этих столбцах.

INSERT INTO utqG(q_id, q_name)
SELECT * FROM [sql-ex]..utq;

Здесь мы просто берем готовые данные, которые находятся в учебной базе данных с именем sql-ex.

SELECT TOP 2 * FROM utqG;

Столбец graph_id отсутствует в выборке. Причиной является то, что этот столбец используется ядром СУБД и недоступен пользователю напрямую. Действительно, если выполнить запрос

SELECT graph_id FROM utqG;

Столбец $node_id является уникальным идентификатором узла, представленным в формате JSON. Шестнадцатеричный суффикс в имени столбца делает имя столбца глобально уникальным, однако для доступа к столбцу он не используется. Например,

SELECT TOP 2 $node_id, q_id FROM utqG;

Таблица utvG выглядит аналогично таблице utqG, и поэтому мы не будем представлять тут её содержимое.

Теперь создадим таблицу ребра.

CREATE TABLE utbG (
    b_datetime datetime NOT NULL,
    b_vol tinyint NOT NULL,
) AS EDGE;

Эта таблица содержит столбцы свойств – время окраски (B_datetime) и количество нанесенной из баллончика краски (b_vol). Она отличается от таблиц узлов типом – теперь это EDGE, а не NODE. Рассмотрим структуру этой таблицы:

SELECT column_name, data_type 
FROM information_schema.COLUMNS WHERE table_name='utbG';

Как и для узлов, автоматически были созданы несколько псевдостолбцов, среди которых доступными пользователю являются:

• $edge_id – идентификатор ребра, формируется автоматически;
• $from_id – идентификатор узла, откуда исходит ребро;
• $to_id – идентификатор узла, куда входит ребро.

Заполним и эту таблицу данными. Если мы вспомним структуру исходной таблицы utb, то для каждой строки в столбец $from_id мы должны поместить идентификатор того узла из таблицы utvG, для которого v_id равен b_v_id таблицы utb. Тогда столбец $to_id должен содержать идентификатор того узла из таблицы utqG, для которого q_id равен, соответственно, b_q_id из той же строки таблицы utb. Читателю, наверное, будет проще понять оператор, который вставит описанные данные:

INSERT INTO utbG(b_datetime, b_vol, $from_id, $to_id)
SELECT b_datetime, b_vol,
(SELECT $node_id FROM utvG WHERE v_id = orig.b_v_id),
(SELECT $node_id FROM utqG WHERE q_id = orig.b_q_id)
FROM [sql-ex]..utb orig

Теперь мы можем посмотреть на данные в таблице ребра, которая устанавливает связь между двумя узлами – баллончиком с краской и окрашиваемым квадратом.

SELECT TOP 1 * FROM utbG;

Поскольку ширина результирующей таблицы значительно превышает ширину страницы, представим результат в формате «ключ: значение»