PythonのGraphviz グラフレイアウトの変更

公開日 2024-10-27

この記事ではPythonのGraphvizでグラフのレイアウトを変更する方法を解説します。レイアウトエンジンと、ノードの配置方向の変更について順に示します。

レイアウトエンジンの変更¶

Graphvizには複数のレイアウトエンジン（描画用プログラム）が実装されており、それを切り替えることでレイアウトを変更します。レイアウトエンジンを変更する方法はいくつかありますが、ここでは2つ説明します。 1つはGraph（無向グラフ）やDigraph（有向グラフ）のengineオプションで指定する方法です。

from graphviz import Digraph

graph = Digraph(engine="neato")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node1", "node3")
graph.edge("node2", "node4")
graph.edge("node2", "node5")

graph

もう1つはrender()メソッドのengineオプションで指定する方法です。

from IPython.display import Image

Image(graph.render(engine="dot", format="png"))

指定できるレイアウトエンジンは以下の通りです。

dot: 階層的なレイアウト（デフォルト）
neato: ばねモデル。ノード数が100程度以下の無効グラフ向け
fdp: ばねモデル。neatoより大規模な無向グラフ向け。サブグラフ向け
sfdp: fdpをより大規模な無向グラフに対応させたもの
circo: 円形レイアウト。ネットワーク構造などの描画向け
twopi: 放射状レイアウト
osage: 格子状レイアウト。クラスター構造の描画向け
patchwork: タイル状レイアウト

「ばねモデル」とは隣接するノード同士が適度に離れるモデルのことです。

なお、利用可能なレイアウトエンジンの一覧はgraphviz.ENGINESでも確認できます。

import graphviz

print(graphviz.ENGINES)

{'dot', 'neato', 'patchwork', 'circo', 'twopi', 'osage', 'sfdp', 'fdp'}

以下に各レイアウトエンジンのサンプルを示します。

dot¶

dotは階層構造に適したレイアウトエンジンです。

graph = Digraph(engine="dot")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node1", "node3")
graph.edge("node2", "node4")
graph.edge("node2", "node5")
graph.edge("node3", "node6")

graph

neato¶

neatoはばねモデルを用いたレイアウトエンジンで、比較的小規模なグラフ（ノード数100程度以下）の無効グラフに適しています。

from graphviz import Graph

graph = Graph(engine="neato")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node2", "node3")
graph.edge("node3", "node4")
graph.edge("node4", "node5")
graph.edge("node5", "node2")

graph

fdp¶

fdp (Force-Directed Placement) はばねモデルを用いたレイアウトエンジンで、neatoより大規模な無向グラフ向けです。また、サブグラフ（クラスター）を含む場合にも適しています。

graph = Graph(engine="fdp")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node2", "node3")
graph.edge("node3", "node4")
graph.edge("node4", "node5")
graph.edge("node5", "node2")

graph

sfdp¶

sfdp (Scalable Force-Directed Placement) はfdpを大規模な無向グラフに対応させたレイアウトエンジンです。

graph = Graph(engine="sfdp")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node2", "node3")
graph.edge("node3", "node4")
graph.edge("node4", "node5")
graph.edge("node5", "node2")

graph

circo¶

circoは円形の構造を描画するのに適したレイアウトエンジンです。ネットワーク構造などの描画に向いています。

graph = Graph(engine="circo")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node2", "node3")
graph.edge("node3", "node4")
graph.edge("node4", "node5")
graph.edge("node5", "node6")
graph.edge("node6", "node1")

graph.edge("node1", "node10")
graph.edge("node10", "node11")

graph.edge("node11", "node12")
graph.edge("node12", "node13")
graph.edge("node13", "node14")
graph.edge("node14", "node15")
graph.edge("node15", "node16")
graph.edge("node16", "node11")

graph

twopi¶

twopiは放射状の構造を描画するのに適したレイアウトエンジンです。中心ノード（以下ではnode0）から放射状にノードが配置されます。

graph = Graph(engine="twopi")

graph.edge("node0", "node1")
graph.edge("node0", "node2")
graph.edge("node0", "node3")
graph.edge("node0", "node4")
graph.edge("node0", "node5")
graph.edge("node0", "node6")

graph.edge("node1", "node11")
graph.edge("node2", "node12")
graph.edge("node3", "node13")
graph.edge("node4", "node14")
graph.edge("node5", "node15")

graph

osage¶

osageは格子状の構造を描画するのに適したレイアウトエンジンです。

graph = Graph(engine="osage")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node2", "node3")
graph.edge("node3", "node4")
graph.edge("node4", "node5")
graph.edge("node5", "node6")
graph.edge("node6", "node7")
graph.edge("node7", "node8")
graph.edge("node8", "node9")

graph

patchwork¶

patchworkはタイル状にノードを配置するレイアウトエンジンです。ノード間の関係は図示されません。各ノードのarea属性でノードの面積を指定します（デフォルト値は1）。

株式会社の時価総額の可視化などに用いられることがあります。なお、タイルの色を変更する場合、ノードの属性をstyle="filled"として、fillcolorで色を指定します。

graph = Graph(engine="patchwork")

graph.attr("node", style="filled")

graph.node("A Airline", area="25", fillcolor="springgreen")
graph.node("B Bank", area="20", fillcolor="orangered")
graph.node("C Computer", area="15", fillcolor="orangered")
graph.node("D Development ", area="10")

graph

ノード配置方向の変更¶

ノードを配置する方向を変更するには、グラフのrankdirパラメータを変更します。 rankdirには以下の4つを指定できます。

TB: 上から下 (top to bottom, デフォルト値）
BT: 下から上 (bottom to top)
LR: 左から右 (left to right)
RL: 右から左 (right to left)

Pythonのgraphvizの場合、グラフオブジェクトのattr属性でrankdirパラメータを指定します。以下に例を示します。

graph = Digraph(engine="dot")

graph.edge("node1", "node2")
graph.edge("node1", "node3")
graph.edge("node2", "node4")
graph.edge("node2", "node5")
graph.edge("node3", "node6")

graph.attr(rankdir="TB")
graph

graph.attr(rankdir="BT")
graph

graph.attr(rankdir="LR")
graph

graph.attr(rankdir="RL")
graph