緣起
在Linux下的繪圖軟件，自動的，半自動的，最後遇到神器Graphviz。整個流程還算波折，起初，編譯docbook的部分遇到這個軟件，後來，在看Korat: Automated Testing Based on Java Predicates（2000年ACM的最佳論文），發現其軟件實現Korat中使用了Graphviz的實現來繪圖程序依賴圖，最後，在學習Latex的時候，考慮要嵌入圖片，想起這個繪圖工具，就對這個著名的工具做了一些研究，其實就是Google了一下，只能算是文獻調研。
以下，是OpenFoundry上看到的介紹Graphviz的文章，原文爲繁體字，用google translation轉換爲簡體中文，修改一下一些術語，添加了一下內容（亂碼問題）。
1. 簡介
Graphviz 是一個運用廣泛的命令行繪圖軟體，不過說是繪圖軟體，它能繪的圖並不是一般人想像中的漫畫或logo，而是數學意義上的"graph"，比較通俗的說法就是「關係圖」。
舉例來說，像是下面這種圖：
2. 安裝
Graphviz 支援Windows、Mac OS X、FreeBSD、Solaris、Linux 等多種系統。Ubuntu或Debian下安裝很簡單，sudo apt-get install graphviz。
Windows用戶，請前往這裏下載安裝檔：http://www.graphviz.org/Download_windows.php
Mac OS X的使用者請往這邊走：http://www.graphviz.org/Download_macos.php
3. Graphviz的使用
# Graphviz
＜cmd＞ ＜inputfile＞ -T ＜format＞ -o ＜outputfile＞
#舉例：輸出png
dot input.dot -T png -o output.png
#舉例：一樣是輸出png ，只不過檔名是txt
dot input.dot -T png -o output.txt
首先，我們看看上面的＜cmd＞ 部份。
Graphviz 的＜cmd＞ 有好幾種，每種使用方法都完全相同，差別只在於渲染出來的圖片效果不一樣。man中的簡介是這樣的：
|
dot |
渲染的圖具有明確方向性。 |
|
neato |
渲染的圖缺乏方向性。 |
|
twopi |
渲染的圖採用放射性佈局。 |
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circo |
渲染的圖採用環型佈局。 |
|
fdp |
渲染的圖缺乏方向性。 |
|
sfdp |
渲染大型的圖，圖片缺乏方向性。 |
可以透過man ＜cmd＞ 取得進一步說明。但還是親自用用比較容易理解。在本文中，凡沒有說明的圖，預設都是以dot渲染出來的。
繼續往下看。在Graphviz中，若您不指定-T參數，Graphviz並不會自動猜測您想要產生什麼格式，只會以預設格式渲染。可選格式相當多，包括（但不限於）jpg、png、svg等，全部列表可見官網說明頁的最下方。
-o 可讓您指定儲存檔案的檔名。如果您不用-o 選項指定輸出檔名，Graphviz 則會將結果輸出到標準輸出上（圖片格式輸出到標準輸出就是亂碼的二進制文件）。
除非用法很特殊，否則這兩個參數，每次都要輸入並傳遞給dot。這樣輸入命令就是：
dot -Tpng demo.dot -o demo.png
爲了減少打字的次數，編寫簡單的shell腳本dot.sh，其中涉及獲取文件名和擴展，從網上搜的，工作的很好，但不太清楚實現原理：
|
#!/bin/sh # dot.sh file=$1 filename=${file%.*} extension=${file##*.} outfile=${filename}.png dot -Tpng $file -o $outfile #show generate image file eog $outfile & |
給腳本dot.sh加上執行權限，然後調用命令就簡化爲：
./dot.sh demo.dot
當然，如果整個命令很常用的話，可以將改作函數其寫到.bashrc中。
4. dot語言說明
指揮Graphviz 繪圖時，所使用的語言叫作"dot"。下邊就來介紹如何使用它。
4.1. 有向圖與無向圖
使用dot 語言，第一步就是決定要畫哪種圖。
圖分兩種：有向圖與無向圖。
有向圖以digraph申明圖片，節點間的關係寫爲"->"。
/*demo1。順便一提，在dot語言中可使用C++中允許的註解。本行爲C風格註解*/
digraph demo1{ //這也是註解，C++風格的。
a -> b -> c;
c -> a;
}
無向圖以graph 宣告圖片，節點間的關係可以寫爲"--"。
//demo2
graph demo2{
a -- b -- c;
c -- a;
}結果圖：
其中demo1 與demo2 是圖片的名稱。
4.2. 使用引號
上文中的a, b, c 除了作爲程式內的識別字以外，也會成爲節點的顯示名稱(label)。不過如果這名稱中混了中文或夾了空格，Graphviz 就有可能搞錯你的意思。
爲防不必要的誤解，所以平常最好都用英文引號括住。就像下面這樣：
//demo3
digraph {
"總攻" -> "受";
"強攻" -> "受";
"健氣攻" -> "受";
}圖4：混合了空白的示範
這樣就沒問題了！
子圖與簡化技巧
來看個複雜一點的例子，這是一份地中海海域的大略連接圖：
//demo4
graph G{
"黑海" -- "亞速海";
"黑海" -- "博斯普魯斯海峽"
"達達尼爾海峽" -- "愛琴海"
subgraph cluster_T{//新東西
label = "黑海海峽";//新東西
"達達尼爾海峽" -- "馬爾馬拉海" -- "博斯普魯斯海峽";
}
subgraph cluster_M{
label = "地中海海域";
"中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"}; //也是新東西
"西部地中海" -- {"西西里海峽" "第勒尼安海" "利古里亞海" "伊比利海" "阿爾沃蘭海"};
"愛奧尼亞海" -- "亞得里亞海";
"阿爾沃蘭海" -- "直布羅陀海峽";
}
}
結果圖：
圖5：地中海海域連接圖，使用dot渲染。
這張圖有些新東西可以看。
第一個是subgraph 關鍵字。一如名字所示，他是用來定義「次級圖片」用的。
次級圖片在dot的官方文件中常被叫作cluster subgraph，特指圖示中被方框包裹起來的那兩塊，其定義方式和一般的graph非常相似，不過使用上有兩件事需要留意：
graph的命名得以cluster前綴開頭，否則語法雖然能過關，但生不出圖面上您預期的效果。
如果父圖是無向圖，他本身也得是無向圖；反之如果父圖是有向圖，這邊也得乖乖照着來。
第二個重點是下面這段：
1 "中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"};
用大括號括起，用空格分開－這是一口氣將好幾個節點羣組起來同時操作的方法，其等效於：
1 "中部地中海" -- "愛琴海"; 2 "中部地中海" -- "愛奧尼亞海"; 3 "中部地中海" -- "西西里海峽";
您甚至可以用以下程式碼畫出圖6：
//demo5
digraph G{//{}中的注意空格
{ a b c} -> { d e f }
}
圖6：大括號效果示意圖
這語法糖很方便好喫，可以靈活運用。
第三個不同處在於label=XXX 這行。這是「屬性」的指定方式。
關於屬性，我們下章再講。
4.3. 屬性
有了前面介紹過的技巧，所有圖面關係都可以順利地繪製出來。
然而，通常我們畫圖的時候，還會對圖片做一些特別的處理。好比說把字加粗、把圖變色、把標籤或連接線的外型改變、把某些節點水平對齊......諸如此類。
要控制這些東西，就要用到屬性。
屬性有四種：
1. 用在節點上(Node, N)
2. 用在線段上(Edge, E)
3. 用在根圖片上(Graph, G)
4. 用在子圖片上(Cluster subgraph, C)
您可以閱讀手冊中的表，判斷哪些屬性能用在哪些地方。
那麼，屬性要怎麼用呢？
4.3.1. 屬性的套用
如果要設定根圖片或子圖片的屬性，得像前面範例中所示的那樣，在圖片的大括號範圍內指定..
屬性名稱=值;
這樣就行了。
對於節點(node) 的屬性，有以下幾種指定法：
1節點名[節點屬性名=值];
2節點名[節點屬性名=值,節點屬性名=值];
3 node [節點屬性名=值,節點屬性名=值];
屬性指定的語句必須要被中括號括起。當一次指定多值時，需用英文逗點隔開。
第三行中的node 是個關鍵字，用來代稱「圖片範圍內」所有「還沒創建」的節點，或者您也可將它理解爲：在當前大括號的範圍內，所有尚未創建節點的屬性預設值，會被這個語句給變更。
線段(edge)的屬性指定，與節點屬性指定方式很類似：
1節點名->節點名[線段屬性名=值];
2節點名--節點名[線段屬性名=值,線段屬性名=值];
3 edge [線段屬性名=值，線段屬性名=值];
其中edge 是關鍵字。
這邊順便補充一個關於線段的觀念：有些線段相關的屬性，具有head值與tail值。而這邊說的head 與tail，得將它想像成一個「箭頭」的形狀（就像是「a -> b」這樣）。
對於線段來說，這個箭頭指向的頭部纔是head。這可能和直覺上不一樣，因爲這邊說的「Head」其實是兩個節點中，後面的那一個。
4.3.2. 屬性範例
把先前的看過的例子加上一些屬性試試。
//demo6
graph G{
"黑海" [shape = circle, color = blueviolet, fontcolor = blueviolet, fontsize = 20];
"黑海" -- "亞速海" [label = "刻赤海峽"];
subgraph cluster_T{
label = "黑海海峽";
fontsize = 24;
fillcolor = darkslategray;
style = filled;
fontcolor = white;
node [fontcolor = white, color = white];
"博斯普魯斯海峽" -- "馬爾馬拉海" -- "達達尼爾海峽" [color = white];
"博斯普魯斯海峽" [shape = parallelogram];
"達達尼爾海峽" [shape = parallelogram];
}
"黑海" -- "博斯普魯斯海峽" [color = red ,penwidth = 2];
"達達尼爾海峽" -- "愛琴海" [color = red ,penwidth = 2];
subgraph cluster_M{
label = "地中海海域";
fontsize = 24;
"西部地中海" [shape = Mcircle, style = filled, color = grey, fillcolor = aquamarine, fontsize = 20];
"中部地中海" [shape = Mcircle, style = filled, color = grey, fillcolor = aquamarine, fontsize = 20];
"直布羅陀海峽" [shape = parallelogram, fontcolor = red];
"西西里海峽" [shape = parallelogram ];
"中部地中海" -- {"愛琴海" "愛奧尼亞海" "西西里海峽"};
"西部地中海" -- {"西西里海峽" "第勒安海" "利古里亞海" "伊比利海" "阿爾沃蘭海"};
"愛奧尼亞海" -- "亞得里亞海"; 30 "阿爾沃蘭海" -- "直布羅陀海峽";
}
}
圖7：地中海海域連接圖（加入屬性）。
諸多屬性中，最常用的大概是label 了。
label可以決定節點、線段或子圖片上要顯示些什麼。如果您的節點名很長的話，可以在程序內部取個簡短的名稱，之後透過短名稱操作它，另外透過label 指定它的顯示內容。
color、fillcolor、fontcolor 這些屬性都是控制顏色用的，不過fillcolor 只有在style 被指定爲"filled" 時纔會生效。
shape可以指定節點的形狀，形狀列表參考這裏（http://www.graphviz.org/content/node-shapes）。
線段屬性方面。有向圖中的箭頭可透過arrowhead 與arrowtail 屬性來指定頭尾樣式。至於線段本身，則可透過style 屬性，指定不同類型的虛線與短截線。使用者還可以用dir 屬性讓箭頭方向反過來。
另外還有一個image 屬性，可以指定讓node 顯示圖片，需要時也可參考看看。
屬性很多，無法一一介紹，請查官網手冊(http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html)。
4.3.3. rank
dot 語言中有一個叫作rank 的概念。
所謂的rank，在dot 語言中，含意比較接近於「等級」。他主要用在dot渲染器中。
請看以下的圖：
圖8：rank 示例。
很明顯可以看出來，圖片被從上到下分爲四層－這就是rank。
下方是與上圖對應的dot 陳述:
//demo7
digraph demo{
a -> b -> c -> d;
b -> { e f };
}
觀察程序，可看出rank是如何被指定的。
其基本規則在於：每個線段的頭端，都會比尾端多出一個等級（在圖上面就是往下面一層）。
但等等，如果等級指定的語句彼此矛盾呢？
修改以上程式碼爲：
//demo8
digraph demo{
a -> b -> c -> d [label = "rank增加"];
b -> { e f } [label = "rank增加"];
f -> a [label = "不影響rank"];
}
圖9：rank 示例。
看上面的結果，顯然rank 的指定是「先說先贏」的。
除了基本規則外，rank也可以透過屬性來加以調節，有必要時要參看手冊。
5. 在腳本中使用Graphviz
5.1. 在shell中使用Graphviz
在瞭解了 Graphviz DOT 語言的基礎知識之後，您可以開始創建腳本，從而動態創建一個 DOT 文件。這允許您動態創建始終準確且保持最新的圖表。
示例1是一個 bash shell 腳本，它連接到 Hardware Management Console (HMC)，收集託管服務器和邏輯分區 (LPAR) 的相關信息，然後使用這些信息來創建 DOT 輸出。
示例1 hmc_to_dot.sh
|
#!/bin/bash
HMC="$1"
serverlist=`ssh -q -o "BatchMode yes" $HMC lssyscfg -r sys -F "name" | sort`
echo "graph hmc_graph{"
for server in $serverlist; do echo " \"$HMC\" -- \"$server\" " lparlist=`ssh -q -o "BatchMode yes" $HMC lssyscfg -m $server -r lpar -F "name" | sort` for lpar in $lparlist; do echo " \"$server\" -- \"$lpar\" " done done
echo "}" |
通過提供一個 HMC 服務器名稱作爲參數傳遞給腳本，便可運行此腳本。該腳本將傳遞的第一個參數設置爲 $HMC 變量。設置 $serverlist 變量的方法是連接到 HMC 並獲得該 HMC 控制的所有託管服務器的清單。在這些託管服務器上進行循環，而腳本將爲每臺託管服務器打印一行 "HMC" -- "server" ，這表明 Graphviz 在每臺 HMC 與其託管服務器之間繪製了一條直線。此外針對每臺託管服務器，腳本再次連接到 HMC 並獲得該託管系統上的 LPAR 清單，然後通過它們循環打印一行 "server" -- "LPAR"。這表明 Graphviz 在每臺託管服務器與其 LPAR 之間都繪製了一條直線。
此腳本要求您在運行腳本的服務器與 HMC 之間設置 Secure Shell (SSH) 密鑰身份驗證。
事例1`腳本的輸出:
|
graph hmc_graph{ "hmc01" -- "test520" "test520" -- "lpar2" "test520" -- "lpar3" "hmc01" -- "test570" "test570" -- "aixtest01" "test570" -- "aixtest02" "test570" -- "aixtest03" "hmc01" -- "test510" "test510" -- "lpar1" } |
從腳本生成圖的具體方法是運行以下命令：./hmc_to_dot.shhmc_server_name|dot-Tpng-ohmc_graph.png
上述命令運行腳本，並動態創建 DOT 語言的文本，然後將這些輸出傳遞給 dot 命令，以便讓它創建一個文件名爲 hmc_graph.png 的圖表。圖 10 顯示了創建的圖表。
圖 10 從 hmc_to_dot.sh 腳本創建的圖表
備註：這裏的腳本的使用和具體的環境有關，詳細參考[3],具體的語境爲AIX小型機上的Virtual I/O Servers 有關，很明顯，我不能可能有的AIX小型機來測試，所以這個圖不是我自己生成的，但是，這裏在shell腳本中生成dot的源碼確實值得學習。
5.2. 在Python中使用Graphviz
dot不是一個真正的編程語言，但它是很容易與真正的編程交互。可以綁定多種編程語言，包括Java，Perl和Python。更輕量級替代是從喜歡的語言中生成dot代碼。 這樣做將使您自動化整個圖形生成過程。
Python寫的用來生成dot的例子。此示例腳本展示瞭如何以最小的努力繪製的Python類層次。
# dot.py
"Require Python 2.3 (or 2.2. with from __future__ import generators)"
def dotcode(cls):
setup='node [color=Green,fontcolor=Blue,fontname=Courier]\n'
name='hierarchy_of_%s' % cls.__name__
code='\n'.join(codegenerator(cls))
return "digraph %s{\n\n%s\n%s\n}" % (name, setup, code)
def codegenerator(cls):
"Returns a line of dot code at each iteration."
# works for new style classes; see my Cookbook
# recipe for a more general solution
for c in cls.__mro__:
bases=c.__bases__
if bases: # generate edges parent -> child
yield ''.join([' %s -> %s\n' % ( b.__name__,c.__name__)
for b in bases])
if len(bases) > 1: # put all parents on the same level
yield " {rank=same; %s}\n" % ''.join(
['%s ' % b.__name__ for b in bases])
if __name__=="__main__":
# returns the dot code generating a simple diamond hierarchy
class A(object): pass
class B(A): pass
class C(A): pass
class D(B,C): pass
print dotcode(D)
函數dotcode需要一個類，並返回繪製類的系譜樹所需的dot源代碼。codegenerator生成的代碼，遍歷類的祖先的列表（類的方法解析序列中），並確定邊和節點的層次結構。Codegenerator是一個在每次迭代中返回一行的dot代碼的生成器。返回一個迭代產生點陣碼在每次迭代。生成器是最近添加到Python中的工具，在處理生成文本或源代碼的目的問題時特別方便。腳本的輸出是如下不言自明的dot代碼：
digraph hierarchy_of_D {
node [color=Green,fontcolor=Blue,font=Courier]
B -> D
C -> D
{rank=same; B C }
A -> B
A -> C
object -> A
}
處理命令：python dot.py | dot -Tpng -o x.png
生成的圖片如下：
備註：例子來自參考4。
6. 中文亂碼問題
如果graphviz中出現了中文亂碼問題，可以採用兩種方法來處理，一種就是上面的將文本保存爲UTF8（Ubuntu下默認爲UTF8，Windows下默認爲ASNI），並將中文包含在英文的引號（“”）中。另一種方法多一個將圖或結點的字體屬性設置爲中文字體的步驟，具體步驟如下：
l 保存爲UTF8格式
l 設置中文字體，常見的中文字體的對應的名字如下：
黑體：SimHei 宋體：SimSun 新宋體：NSimSun 仿宋：FangSong 楷體：KaiTi
仿宋_GB2312：FangSong_GB2312 楷體_GB2312：KaiTi_GB2312
下列以編譯原理的處理流程圖爲例演示，第二種中文處理方法，此外，其中還演示了使用一些複雜的屬性。
compile_process.dot程序代碼:
|
//compile_process.dot digraph G { edge [fontname="FangSong"]; node [shape=box, fontname="FangSong" size="20,20"]; { Lexical_Analyzer [label="詞法分析器"]; Syntax_Analyzer [label="語法分析器"]; Semantic_Analyzer [label="語義分析"]; Intermediate_Code_Generator [label="中間代碼生成器" ]; Machine_Independent_Code_Optimizer [label="機器無關代碼優化器" ]; Code_Generator [label="代碼生成器" ]; Machine_Dependent_Code_Optimizer [label="機器相關代碼優化器"]; } node[shape=plaintext, fontname="KaiTi" ]{ character_stream [label="字符流"]; target_machine_code [label="目標機器語言" ]; } character_stream ->Lexical_Analyzer; Lexical_Analyzer ->Syntax_Analyzer [label="符號流"]; Syntax_Analyzer ->Semantic_Analyzer [label="語法樹"]; Semantic_Analyzer ->Intermediate_Code_Generator [label="語法樹"] ; Intermediate_Code_Generator->Machine_Independent_Code_Optimizer [label="中間表示形式"]; Machine_Independent_Code_Optimizer ->Code_Generator [label="中間表示形式"]; Code_Generator ->Machine_Dependent_Code_Optimizer [label="目標機器語言"]; Machine_Dependent_Code_Optimizer->target_machine_code ; } |
dot渲染生成的圖，其他的格式（fdp等）渲染的效果不太好：
fdp渲染的該圖（效果非常不好）：
小結
Graphviz的確實一個非常的強大的工具，而且其官方的文檔還非常全面。更多的內容，參考其官方的文檔，地址爲：http://www.graphviz.org/Documentation.php。
參考文獻
[1] Graphviz -用指令來畫關係圖吧！http://www.openfoundry.org/en/foss-programs/8820-graphviz-
[3]使用 Graphviz 生成自動化系統圖:http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-aix-graphviz/