如何优雅地画一棵树

野性酷女 2022-04-24 05:54 365阅读 0赞

## 前言 ##

不知道你有没有找过一些工具来画数据结构的图，我反正是找了不少。windows下的visio是挺强大的，不过在linux没法使用，当然你非要使用也可以安装wine；亿图也不错，支持画数据结构图，不过是收费的。然而前面这些都不是重点，重点是他们画图都是拖拽类型的，手残党实在把持不住。最后终于发现了一款程序员画图神器-graphviz。《[什么是二叉查找树][Link 1]》文中的树图就是用该工具画的.

## graphviz简介 ##

Graphviz是开源图形可视化软件。图形可视化是一种将结构信息表示为抽象图和网络图的方法。 它在网络，生物信息学，软件工程，数据库和网页设计，机器学习以及其他技术领域的可视化界面中具有重要的应用。--来自Graphviz官网https://www.graphviz.org/。

实际上它和markdown类似，markdown用纯文本编写文档，而能够转化成格式丰富的html，而graphviz使用dot标记语言来编写，能够被转换成svg,png,jpg等图形格式。甚至可以说，它就是用纯文本来完成画图。

除此之外，它还提供多种语言的api接口，例如，C，python，java，ruby等，也就是说，你可以根据自己的需要通过编写代码来生成你需要的图形。不过文本不准备使用这种方式，而是直接使用dot语言来画我们需要的图。

## 安装 ##

linux，windows，mac等系统都支持，安装包下载地址：graphviz。具体安装过程就不介绍了。安装完成后，windows下有一个gvedit.exe的程序可以用来编辑预览，但是关键使用的还是dot.exe。而linux执行：

$ sudo apt-get install graphviz

安装完后就可以直接使用dot命令了。**window下还有可视化界面，可以一边编写，一边预览。**

## 如何画二叉树 ##

实际上，它**能够画各种各样的数据结构图**，后面也会随着数据结构的介绍而不断介绍各种数据结构的画法，本文仅介绍树的画法。

digraph binaryTree{
        
        node[shape=circle,color=red,fontcolor=blue,fontsize=10];
        root[color=blue,fontcolor=black,fontsize=20];
        root->a[style=dotted];
        root->b;
        a->c;
        a->d;
        b->e;
        b->f;
    }

将上面的内容保存在一个文件，并以.dot结尾，例如tree.dot。然后在命令行执行命令：

$ dot -Tpng -o tree.png tree.dot

其中-Tpng表明要将该dot文件转换为png格式的图片，当然你也可以转换为svg,jpg等其他格式的图片。-o 后面是输出文件名。最后会在目录下发现下面的图片：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png] 随便一棵树

是不是很简单？

当然在这里有必要对内容进行一些说明。

*  digraph说明这是一个有向图，也就是后面的指向都是有方向的。
 *  binaryTree只是起的一个名字。
 *  node行可以用来说明节点的属性，本文例子说，表明它的节点形状是圆，边框颜色为红色，字体颜色为蓝色，字体大小20。当然你也可以指定单个节点的属性，例如后面的root节点单独设置。
 *  文中用->来表明节点的指向。而style=dotted表明该箭头会是虚线箭头。
 *  每行以分号结尾。

## 一棵漂亮的二叉树 ##

但是你有没有发现一个问题，二叉树各个节点分布并不是那么好看，如果再去掉一个节点，会变成下面这样：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 1] 歪脖子树

完全没有左右孩子的感觉了对不对？那怎么办呢？所幸的是，有人已经做了一个优化。将下面的内容保存为文件binarytree.gvpr或从这里https://gist.github.com/Sciss/2878988 下载：

// from Emden Gansner
    // https://mailman.research.att.com/pipermail/graphviz-interest/2010q2/007101.html
    // requires GraphViz 2.28.0 (fails with 2.26.3 at least)
    BEGIN {
        
      double tw[node_t];    // width of tree rooted at node
      double nw[node_t];    // width of node
      double xoff[node_t];  // x offset of root from left side of its tree
      double sp = 36;       // extra space between left and right subtrees
      double wd, w, w1, w2; 
      double x, y, z;
      edge_t e1, e2;
      node_t n;
    }
    BEG_G {
        
      $.bb = "";
      $tvtype=TV_postfwd;   // visit root after all children visited
    }
    N {
        
      sscanf ($.width, "%f", &w);
      w *= 72;  // convert inches to points
      nw[$] = w;
      if ($.outdegree == 0) {
        
        tw[$] = w;
        xoff[$] = w/2.0;
      }
      else if ($.outdegree == 1) {
        
        e1 = fstout($);
        w1 = tw[e1.head];    
        tw[$] = w1 + (sp+w)/2.0;
        if (e1.side == "left")
          xoff[$] = tw[$] - w/2.0;
        else
          xoff[$] = w/2.0;
      }
      else {
        
        e1 = fstout($);
        w1 = tw[e1.head];    
        e2 = nxtout(e1);
        w2 = tw[e2.head];    
        wd = w1 + w2 + sp;
        if (w > wd)
          wd = w;
        tw[$] = wd;
        xoff[$] = w1 + sp/2.0;
      }
    }
    BEG_G {
        
      $tvtype=TV_fwd;   // visit root first, then children
    }
    N {
        
      if ($.indegree == 0) {
        
        sscanf ($.pos, "%f,%f", &x, &y);
        $.pos = sprintf("0,%f", y);
      }
      if ($.outdegree == 0) return;
      sscanf ($.pos, "%f,%f", &x, &y);
      wd = tw[$];
      e1 = fstout($);
      n = e1.head;
      sscanf (n.pos, "%f,%f", &z, &y);
      if ($.outdegree == 1) {
        
        if (e1.side == "left")
          n.pos = sprintf("%f,%f",  x - tw[n] - sp/2.0 + xoff[n], y);
        else
          n.pos = sprintf("%f,%f", x + sp/2.0 + xoff[n], y);
      }
      else {
        
        n.pos = sprintf("%f,%f", x - tw[n] - sp/2.0 + xoff[n], y);
        e2 = nxtout(e1);
        n = e2.head;
        sscanf (n.pos, "%f,%f", &z, &y);
        n.pos = sprintf("%f,%f", x + sp/2.0 + xoff[n], y);
      }
    }

这样再次执行命令的时候，只要像下面这样的方式使用即可：

$ dot tree.dot | gvpr -c -f binarytree.gvpr | neato -n -Tpng -o tree.png

最后得到的图形如下：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 2] 凑合的二叉树

增加一个节点后变成下面这样：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 3] 还行的二叉树

去掉样式之后变成这样：

![640?wx\_fmt=png][640_wx_fmt_png 4] 漂亮的二叉树

是不是好看很多呢？

## 总结 ##

本文仅介绍画简单的二叉树图，实际上它的属性非常非常多，可以满足你的绝大部分需求,非常适合自己调教。

## 讨论 ##

你有什么好的画图工具？欢迎留言分享。

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![640?wx\_fmt=jpeg][640_wx_fmt_jpeg]

[Link 1]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2OTA3NTk3Ng==&mid=2649284622&idx=1&sn=508b6434fe7a55e76866f330a8f45ea4&chksm=f2f99369c58e1a7f9d0b116e1efbcb171a5a5a32cbe6a6a95f15e749ca9cf889e6a2f0c268ab&scene=21#wechat_redirect
[640_wx_fmt_png]: /images/20220218/d2d9b4f38e90472d886986751829d7d1.png
[640_wx_fmt_png 1]: /images/20220218/ce91955587394531a51e87097fb2a28e.png
[640_wx_fmt_png 2]: /images/20220218/88b1547a007744b6bb23b5a1df87fa49.png
[640_wx_fmt_png 3]: /images/20220218/8f4e2404eb594d07a3532933434667b5.png
[640_wx_fmt_png 4]: /images/20220218/805f8a2fa31c41e6b37820ad196e1465.png
[640_wx_fmt_jpeg]: /images/20220218/dcf6b212e35f409c908d05fe0c69e95e.png