Oracle SQL中的定向图使用递归查询仅访问每个节点一次

Bar*_*ard 6 sql recursive-query common-table-expression oracle11g

描述

在我们的问题域中,我们正在研究一组连接在一起形成图形的边.从给定节点(或节点)开始,我们必须列出整个图中连接到给定节点(或节点)的所有链接.我们必须从左到右,从上到下显示这些链接.

对于具有有限循环次数的图形,我们对此问题有一个有效的查询.较多的循环会以指数方式增加执行时间.

我们需要在递归期间限制对同一节点的访问以获得有效的解决方案.

下面的示例只包含一个循环,但是这个循环已经导致了86个额外的和过时的行.

在类似的帖子中,使用ROW和ANY运算符为postgresql提供了解决方案,但我找不到Oracle解决方案.

我们正在寻找替代解决方案或限制访问相同边缘的方式.

任何帮助是极大的赞赏!

类似

使用递归查询访问有向图就好像它是一个无向图,在postgresql中提供了一个解决方案.我们需要使用Oracle11g.

边缘

A-B, B-D, C-A, C-E, C-F, H-F, E-B, G-D, G-I
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图形

    A
  /   \
C - E - B - D
  \       /
H - F   G - I
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DDL和DML

CREATE TABLE EDGE (
  FROM_ID VARCHAR(10),
  TO_ID   VARCHAR(10)
);

INSERT INTO EDGE VALUES ('A', 'B');
INSERT INTO EDGE VALUES ('E', 'B');
INSERT INTO EDGE VALUES ('C', 'E');
INSERT INTO EDGE VALUES ('C', 'A');
INSERT INTO EDGE VALUES ('C', 'F');
INSERT INTO EDGE VALUES ('B', 'D');
INSERT INTO EDGE VALUES ('G', 'D');
INSERT INTO EDGE VALUES ('H', 'F');
INSERT INTO EDGE VALUES ('G', 'I');
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输入

nodes: 'A'
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要求的输出

C   A
C   E
C   F
H   F
A   B
E   B
B   D
G   D
G   I
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现行解决方案

我们当前的解决方案正是我们所需要的,但如上所述,每个额外的循环都会以指数方式增加执行时间.

SELECT
  c.LVL,
  c.FROM_ID,
  c.TO_ID,
  CASE
  WHEN lag(C.TO_ID)
       OVER (
         PARTITION BY C.LVL
         ORDER BY C.LVL, C.TO_ID ) = C.TO_ID
    THEN C.LVL || '-' || C.TO_ID
  WHEN lead(C.TO_ID)
       OVER (
         PARTITION BY C.LVL
         ORDER BY C.LVL, C.TO_ID ) = C.TO_ID
    THEN C.LVL || '-' || C.TO_ID
  ELSE C.LVL || '-' || C.FROM_ID
  END GROUP_ID
FROM (
       WITH chain(LVL, FROM_ID, TO_ID ) AS (
         SELECT
           1            LVL,
           root.FROM_ID FROM_ID,
           root.TO_ID   TO_ID
         FROM EDGE root
         WHERE root.TO_ID IN (:nodes)
               OR (root.FROM_ID IN (:nodes) AND NOT EXISTS(
             SELECT *
             FROM EDGE
             WHERE TO_ID IN (:nodes)
         ))
         UNION ALL
         SELECT
           LVL +
           CASE
           WHEN previous.TO_ID = the_next.FROM_ID
             THEN 1
           WHEN previous.TO_ID = the_next.TO_ID
             THEN 0
           WHEN previous.FROM_ID = the_next.FROM_ID
             THEN 0
           ELSE -1
           END              LVL,
           the_next.FROM_ID FROM_ID,
           the_next.TO_ID   TO_ID
         FROM EDGE the_next
           JOIN chain previous ON previous.TO_ID = the_next.FROM_ID
                                  OR the_next.TO_ID = previous.FROM_ID
                                  OR (previous.TO_ID = the_next.TO_ID AND previous.FROM_ID <> the_next.FROM_ID)
                                  OR (previous.TO_ID <> the_next.TO_ID AND previous.FROM_ID = the_next.FROM_ID)
       )
         SEARCH BREADTH FIRST BY FROM_ID SET ORDER_ID
         CYCLE FROM_ID, TO_ID SET CYCLE TO 1 DEFAULT 0
       SELECT
         C.*,
         row_number()
         OVER (
           PARTITION BY LVL, FROM_ID, TO_ID
           ORDER BY ORDER_ID ) rank
       FROM chain C
       ORDER BY LVL, FROM_ID, TO_ID
     ) C
WHERE C.rank = 1;
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nop*_*svk 2

为了防止遍历算法返回到已经访问过的边缘,确实可以将访问过的边缘保留在某处。正如您已经发现的,字符串连接不会取得太大成功。然而,还有其他可用的“值串联”技术......

您必须有一个方便的模式级标量集合可供您使用:

create or replace type arr_strings is table of varchar2(64);
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然后您可以在每次迭代中将访问过的边收集到该集合中:

with nondirected$ as (
    select from_id, to_id, from_id||'-'||to_id as edge_desc
    from edge
    where from_id != to_id
    union all
    select to_id, from_id, from_id||'-'||to_id as edge_desc
    from edge
    where (to_id, from_id) not in (
            select from_id, to_id
            from edge
        )
),
graph$(lvl, from_id, to_id, edge_desc, visited_edges) as (
    select 1, from_id, to_id, edge_desc,
        arr_strings(edge_desc)
    from nondirected$ R
    where from_id in (&nodes)
    --
    union all
    --
    select
        lvl+1,
        Y.from_id, Y.to_id, Y.edge_desc,
        X.visited_edges multiset union arr_strings(Y.edge_desc)
    from graph$ X
        join nondirected$ Y
            on Y.from_id = X.to_id
    where not exists (
            select 1
            from table(X.visited_edges) Z
            where Y.edge_desc = Z.column_value
        )
)
search breadth first by edge_desc set order_id
    cycle edge_desc set is_cycle to 1 default 0,
ranked_graph$ as (
    select C.*,
        row_number() over (partition by edge_desc order by lvl, order_id) as rank$
    from graph$ C
--    where is_cycle = 0
)
select *
from ranked_graph$
--where rank$ <= 1
order by lvl, order_id
;
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笔记

  1. union我通过将一组反向边添加到输入来将有向图预处理为无向图。这应该会使递归遍历谓词更容易阅读。仅仅是为了更轻松地读取和编写 SQL。当然,你不必这样做。
  2. 我记得几年前在 Oracle 11.2 上尝试过类似的事情。我记得它失败了,尽管我不记得为什么。在12.2上,运行正常。也可以在 11g 上尝试一下;我没有可用的。
  3. 由于每次迭代除了遍历内连接之外,还进行反连接,因此我真诚地怀疑这是否会提高性能。不过,它确实解决了减少递归嵌套数量的问题。
  4. 您必须自己解决所需的顺序,正如您可能从我的评论中了解到的那样。:-)

将重新访问的边缘限制为零

在 SQL 中,你不能。你提到的 PostgreSQL 解决方案确实可以做到这一点。但在 Oracle 中,您不能这样做。对于每个遍历连接,您必须测试所有其他遍历连接的行。这意味着某种聚合或分析......Oracle 禁止并抛出 ORA 异常。

PLSQL 来救援?

不过,您可以在 PL/SQL 中完成此操作。它应该有多少性能,取决于您想要花费多少内存从数据库预取边缘,以及您愿意从“当前”节点遍历图形的 SQL 往返次数,或者您是否愿意使用与如果您宁愿反连接常规arr_output集合相比,甚至需要更多内存将访问的节点保留在奇特的按边索引集合中l_visited_nodes。你有多种选择,明智地选择。

无论如何,对于大量使用 SQL 引擎的最简单场景,这可能是您正在寻找的代码......

create or replace
package pkg_so_recursive_traversal
is


type rec_output                     is record (
    from_id                             edge.from_id%type,
    to_id                               edge.to_id%type,
    lvl                                 integer
);
type arr_output                     is table of rec_output;


function traverse_a_graph
    ( i_from                        in arr_strings
    , i_is_directed                 in varchar2 default 'NO' )
    return arr_output
    pipelined;


end pkg_so_recursive_traversal;
/
create or replace
package body pkg_so_recursive_traversal
is


function traverse_a_graph
    ( i_from                        in arr_strings
    , i_is_directed                 in varchar2 )
    return arr_output
    pipelined
is
    l_next_edges                    arr_output;
    l_current_edges                 arr_output;
    l_visited_edges                 arr_output := arr_output();
    l_out                           rec_output;
    i                               pls_integer;
    l_is_directed                   varchar2(32) := case when i_is_directed = 'YES' then 'YES' else 'NO' end;
begin
    select E.from_id, E.to_id, 0
    bulk collect into l_next_edges
    from table(i_from) F
        join edge E
            on F.column_value in (E.from_id, case when l_is_directed = 'YES' then null else E.to_id end)
    where E.from_id != E.to_id;

    l_out.lvl := 0;

    loop
        dbms_output.put_line(l_next_edges.count());
        exit when l_next_edges.count() <= 0;
        l_out.lvl := l_out.lvl + 1;

        -- spool the edges to output
        i := l_next_edges.first();
        while i is not null loop
            l_out.from_id := l_next_edges(i).from_id;
            l_out.to_id := l_next_edges(i).to_id;
            pipe row(l_out);
            i := l_next_edges.next(i);
        end loop;

        l_current_edges := l_next_edges;
        l_visited_edges := l_visited_edges multiset union l_current_edges;

        -- find next edges
        select unique E.from_id, E.to_id, 0
        bulk collect into l_next_edges
        from table(l_current_edges) CE
            join edge E
                on CE.to_id in (E.from_id, case when l_is_directed = 'YES' then null else E.to_id end)
                or l_is_directed = 'NO' and CE.from_id in (E.from_id, E.to_id)
        where E.from_id != E.to_id
            and not exists (
                select 1
                from table(l_visited_edges) VE
                where VE.from_id = E.from_id
                    and VE.to_id = E.to_id
            );
    end loop;

    return;
end;


end pkg_so_recursive_traversal;

/
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当调用 的起始节点A并考虑该图是无向的时......

select *
from table(pkg_so_recursive_traversal.traverse_a_graph(
        i_from => arr_strings('A'),
        i_is_directed => 'NO'
    ));
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...它产生...

FROM_ID    TO_ID             LVL
---------- ---------- ----------
A          B                   1
C          A                   1
C          E                   2
B          D                   2
C          F                   2
E          B                   2
G          D                   3
H          F                   3
G          I                   4
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笔记

  1. 再说一遍,我没有付出任何努力来保留您所要求的顺序,正如您所说的那样,这并不重要。
  2. 这是对表进行多次(对于示例输入来说正好是 5 次)SQL 往返edge。与具有冗余边缘访问的纯 SQL 解决方案相比,这可能会对性能产生更大的影响,也可能不会。正确测试更多解决方案,看看哪一种最适合您。
  3. 这段特定的代码可以在 12c 及更高版本上运行。对于 11g 及更低版本,您必须在架构级别声明rec_output和类型。arr_output