JGraphTのサンプルソースの解説と可視化の補足（Ubuntu22.04、IntelliJ、Gradle）

前回は、JGraphT というグラフ理論のライブラリを Gradle プロジェクトで実行して、GraphViz で可視化するところまでやりました。

今回は、前回の補足として、サンプルソースの解説と、可視化のソースを完成させようと思います。

それではやっていきます！

参考文献
はじめに
HelloJGraphT.javaの説明
dotファイルを出力するようにHelloJGraphT.javaを変更する
ついでにdotファイルからPNG画像を出力するようにHelloJGraphT.javaを変更する
おわりに

参考文献

Java言語で学ぶデザインパターン入門第3版

作者:結城浩
SBクリエイティブ

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新・明解Java入門第2版 (新・明解シリーズ)

作者:柴田望洋
SBクリエイティブ

Amazon

はじめに

「Javaでデザインパターンを学ぶ」の記事一覧です。良かったら参考にしてください。

Javaでデザインパターンの記事一覧

JGraphT の公式サイトは以下です。

jgrapht.org

それではやっていきます！

HelloJGraphT.javaの説明

簡単に HelloJGraphT.java のメインの内容を説明しておきます。

HelloJGraphT クラスの先頭です。

final なので、HelloJGraphT クラスを派生させることは出来ません。

また、コンストラクタを private にすることでインスタンス化を防ぎ、クラスメソッドだけを使うようにしています。

public final class HelloJGraphT
{
    private HelloJGraphT()
    {
    } // ensure non-instantiability.

クラスメソッドとして、main メソッドの定義です。

最初は、String と DefaultEdge の Graph を作るメソッドの createStringGraph() を実行しています。

DefaultEdge は、名前の通り、特別な用途が必要ないときのデフォルトのエッジ（辺）です。

    public static void main(String[] args)
        throws URISyntaxException, ExportException
    {
        Graph<String, DefaultEdge> stringGraph = createStringGraph();

        // note undirected edges are printed as: {<v1>,<v2>}
        System.out.println("-- toString output");
        System.out.println(stringGraph.toString());
        System.out.println();

次は、URI と DefaultEdge の Graph を作るメソッドの createHrefGraph() を実行しています。

URI（Uniform Resource Indentifier）クラスは、Java に用意されているクラスで、URL と同じくアドレスを扱うクラスです。

その後は難しいですが、次に使うので、ノード（頂点）から "www.jgrapht.org" を検索しています。

        // create a graph based on URI objects
        Graph<URI, DefaultEdge> hrefGraph = createHrefGraph();

        // find the vertex corresponding to www.jgrapht.org
        URI start = hrefGraph
            .vertexSet().stream().filter(uri -> uri.getHost().equals("www.jgrapht.org")).findAny()
            .get();

メインの最後です。

先ほど検索したノードを起点として、グラフを深さ優先順に走査して、頂点を出力します。

最後は、前回から使っている可視化のメソッドを実行していまうｓ。

        // perform a graph traversal starting from that vertex
        System.out.println("-- traverseHrefGraph output");
        traverseHrefGraph(hrefGraph, start);
        System.out.println();

        System.out.println("-- renderHrefGraph output");
        renderHrefGraph(hrefGraph);
        System.out.println();

dotファイルを出力するようにHelloJGraphT.javaを変更する

前回は、標準出力の DOT 形式の内容をファイルに貼り付けて、GraphViz で画像ファイルを作りました。

今回は、HelloJGraphT.java を変更して、DOT ファイルを出力するようにしたいと思います。

HelloJGraphT.java の DOT 形式の内容を作っているのは以下の部分です。

Write として、StringWrite クラスを使っています。

/**
 * Render a graph in DOT format.
 *
 * @param hrefGraph a graph based on URI objects
 */
private static void renderHrefGraph(Graph<URI, DefaultEdge> hrefGraph)
    throws ExportException
{
    DOTExporter<URI, DefaultEdge> exporter =
        new DOTExporter<>(v -> v.getHost().replace('.', '_'));
    exporter.setVertexAttributeProvider((v) -> {
        Map<String, Attribute> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put("label", DefaultAttribute.createAttribute(v.toString()));
        return map;
    });
    Writer writer = new StringWriter();
    exporter.exportGraph(hrefGraph, writer);
    System.out.println(writer.toString());
}

ファイル出力するには、StringWrite クラスを、FileWrite クラスに変更すればいいです。

    //Writer writer = new StringWriter();
    Writer writer = new FileWriter("HelloJGraphT.dot");

また、ファイル出力する場合は、try catch で囲う必要があります。

結果としては、以下のように変更しました。

private static void renderHrefGraph(Graph<URI, DefaultEdge> hrefGraph)
    throws ExportException
{
    DOTExporter<URI, DefaultEdge> exporter =
        new DOTExporter<>(v -> v.getHost().replace('.', '_'));
    exporter.setVertexAttributeProvider((v) -> {
        Map<String, Attribute> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put("label", DefaultAttribute.createAttribute(v.toString()));
        return map;
    });
    try {
        //Writer writer = new StringWriter();
        Writer writer = new FileWriter("HelloJGraphT.dot");
        exporter.exportGraph(hrefGraph, writer);
        //System.out.println(writer.toString());
    }
    catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

これを実行すると、プロジェクトのトップに、HelloJGraphT.dot が作られます。

あとは、前回と同様に、GraphViz で、画像ファイルを作れば完成です。

$ dot -Tpng HelloJGraphT.dot -oHelloJGraphT.png

前回と同じく、以下の画像ファイルが出力されます。

ついでにdotファイルからPNG画像を出力するようにHelloJGraphT.javaを変更する

さらに、Java を実行した後に、dot を実行するのは面倒なので、Java の中で、PNG ファイルを出力します。

ChatGPT に教えてもらいました。コマンドで実行するのと同じでいいようですね。

// Graphvizを使ってDOTファイルをPNGに変換
try {
    ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("dot", "-Tpng", "graph.dot", "-o", "graph.png");
    pb.redirectErrorStream(true);
    Process process = pb.start();
    process.waitFor();
} catch (IOException | InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

例外を複数まとめて記述する方法は初めて知りました。ChatGPT は本当に助かります。

最終的に、以下のようになりました。

private static void renderHrefGraph(Graph<URI, DefaultEdge> hrefGraph)
    throws ExportException
{
    DOTExporter<URI, DefaultEdge> exporter =
        new DOTExporter<>(v -> v.getHost().replace('.', '_'));
    exporter.setVertexAttributeProvider((v) -> {
        Map<String, Attribute> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put("label", DefaultAttribute.createAttribute(v.toString()));
        return map;
    });
    try {
        //Writer writer = new StringWriter();
        Writer writer = new FileWriter("HelloJGraphT.dot");
        exporter.exportGraph(hrefGraph, writer);
        //System.out.println(writer.toString());
        
        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("dot", "-Tpng", "HelloJGraphT.dot", "-o", "HelloJGraphT.png");
        pb.redirectErrorStream(true);
        Process process = pb.start();
        process.waitFor();
    }
    catch (IOException | InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}