图数据库应用

1. 什么是图?

图数据库是专门存储庞大的图形网络并从中检索信息的数据库。它可以将图中的数据高效存储为点(Vertex)和边(Edge),还可以将属性(Property)附加到点和边上。

在具体应用上:点可以抽象为实体,边抽象为关系。例如:小明有一只钢笔——小明为其中一个点,钢笔为另一个点,关系则为“有”。当然小明也可以有很多只钢笔,那么只需要有很多个钢笔的点和关系就可以了。

2. 适用场景

参考neo4j演示文稿

2.1 是否涉及实体之间的关系

  • 推荐
  • 欺诈检测
  • 重复检测
  • ...

2.2 是否涉及大量对统一类型实体的引用

  • 组织层次结构
  • 访问权限管理
  • 社会影响力
  • 朋友的朋友(N度好友)
  • ...

2.3 是否探索了不同或未知深度的关系

  • 供应链可见性
  • 材料清单
  • 网络管理
  • ...

2.4 是否涉及到许多不同的路线或路径

  • 交通大数据(物流)
  • 依赖追踪
  • 基础设施管理
  • ...

3. 案例

3.1 社交关系分析(朋友的朋友,好友推荐,影响力)

Neo4j 图数据库在社交网络等领域的应用
图数据库及应用场景
新冠肺炎传染图谱建模与分析

  • 人物关系如下图(语句为nGQL):
网络关系图
//点
INSERT VERTEX user (name) VALUES "A":("A"), "B":("B"), "C":("C"), "D":("D"), "E":("E"), "F":("F"), "G":("G");

//边
INSERT EDGE friend () VALUES "A"->"B":(), "A"->"D":(), "C"->"B":(), "E"->"B":(), "E"->"D":(), "E"->"C":(), "F"->"E":(), "E"->"G":();  

<1> n度好友

//用户E的2度好友
match (v1:user)-[e1:friend*2]-(v2:user) where id(v1)=="E" return DISTINCT(v2)
MINUS 
match (v1:user)-[e1:friend*1]-(v2:user) where id(v1)=="E" return DISTINCT(v2);  

<2> 两个陌生人之间的认识路径

//用户A和用户C的认识路径
FIND SHORTEST PATH FROM "A" TO "C" OVER friend BIDIRECT;

<3> 用户影响力(出度,入度)

//所有用户影响力查询
match (v:user)-[:friend]-(:user) return DISTINCT(v) as u, count(*) as c order by c desc;

<4> 共同好友的朋友推荐

//用户A的共同好友推荐
match (v1:user)-[:friend]->(v2:user)<-[:friend]-(v3:user) where id(v1)=="A" return DISTINCT(v3), count(*); 
  • 如果我们在单纯用户的网络关系图中加入每个人读过的书籍,我们还可以做关于书籍相关的操作了,形成下图:
加入了书籍的网络关系图
//book点
INSERT VERTEX book (name) VALUES "book1":("book1"), "book2":("book2"), "book3":("book3"), "book4":("book4"), "book5":("book5");

//read边
INSERT EDGE read () VALUES "A"->"book1":(), "A"->"book2":(), "E"->"book1":(), "E"->"book2":(), "E"->"book3":(), "C"->"book4":(), "A"->"book5":(); 

<5> 共同爱好的朋友推荐

//和用户A读过相同书籍的用户
match (v1:user)-[:read]->(v2:book)<-[:read]-(v3:user) where id(v1)=="A" return DISTINCT(v3), count(v2);

<6> 共同爱好的书籍推荐

//用户A的书籍推荐
match (v1:user)-[:read]->(v2:book)<-[:read]-(v3:user)-[:read]->(v4:book) where id(v1)=="A" return DISTINCT(v4) as book 
MINUS
match (v1:user)-[:read]->(v2:book)<-[:read]-(v3:user) where id(v1)=="A" return DISTINCT(v2) as book;

<7> 基于关键人物的书籍推荐

//找出关键人物
match (v:user)-[:friend]-(:user) return DISTINCT(v) as u, count(*) as c order by c desc limit 1;

//查询给用户A的推荐书籍
match (v1:user)-[:read]->(v2:book) where id(v1)=="E" return DISTINCT(v2) as book 
MINUS
match (v1:user)-[:read]->(v2:book) where id(v1)=="A" return DISTINCT(v2) as book;

match不支持管道符,需使用两条语句
https://discuss.nebula-graph.com.cn/t/topic/5295/3
https://discuss.nebula-graph.com.cn/t/topic/4840

3.2 企业关系构建(组织层次结构)

企业图谱:

企业图谱

股权穿透图:

股权穿透图

企业关系图谱:

企业关系图谱

3.3 欺诈检测

图数据库应用:金融反欺诈实践
【案例】基于图数据库的保险欺诈检测
提升反欺诈效果 看关联图谱在风控领域应用
基于图数据库Neo4j的信用卡反欺诈系统的设计与实现
基于Neo4j数据库的个人信用评估系统的设计与实现

在传统概念里:用户手机号即可能为用户的一个属性,因此在往图中写入时,也会写入到节点的属性中。在欺诈检测方面,往往会把这种数据当作图中的一个点,这是因为在欺诈特征检测中,判断是否为欺诈往往会用到此类数据。由此可见,往往在数据建模阶段,需要根据业务来判断,哪些数据需要创建节点,哪些需要创建成节点属性。

例如:在信用卡申请、个人信贷、小微贷、消费贷等业务场景,欺诈者通过共用电话号码、联系人手机号等,组合创建多个合成身份,由于拥有共用的信息,欺诈者通过这些信息构成欺诈环。如下图所示

欺诈检测图

查询使用相同手机号的用户语句

//当手机号当作节点时
match (用户)-[]->(手机号) where 手机号="XXXXX" return 用户

//当手机号当作节点属性时
match (用户) where 用户.手机号="XXXXX" return 用户

手机号当作节点时明显要比当作属性查询快,前者只需扫描部分节点,后者可能需要扫描全图的节点。并且由于关联关系,又可以根据手机号进行延伸查询

当我不知道手机号只知道用户时:

match (用户A)-->(手机号)<--(其他用户) where 用户A="XXX" return 其他用户

当通过特征分析出欺诈人员时,又可以根据社区发现算法,找出诈骗团伙

发现诈骗团伙

4. 总结

数据建模阶段要根据具体的业务来选择哪些数据需要创建成节点,哪些数据创建成节点属性。以用户手机号举例,如果存在“查找重复手机号的用户”需求时,那么可以将手机号变成节点。但此行为也会将图变得越来约复杂,点上的边也会也来越多,从而导致性能问题。

关系的定义上也可以更抽象些,例如:小明有一只钢笔的"有"。

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