图数据库架构论文获最佳行业论文奖

图数据库架构论文荣获最佳行业论文奖

在标准关系型数据库以关联表存储数据的同时，图数据库将数据存储于图中——其中边表示数据项之间的关系。图数据库深受用户青睐，广泛应用于统一客户视图、欺诈检测、推荐系统和安全领域等场景，这些场景需要建立数据关联并快速遍历连接关系。某机构提供的图数据库服务专为可扩展性和高可用性设计，支持用户在毫秒级查询数十亿关系。

标签属性图数据模型

标签属性图（LPG）数据模型是构建图应用的主流选择。LPG通过三个基本要素对图形化数据进行建模：节点、边和属性。例如在金融欺诈场景中，节点显示为绿色圆圈，边表示为连接节点的有向箭头，属性则封装于橙色框内。标识为1的节点标记为"客户"，携带两个属性：字符串值的姓名"Jane Doe"和客户ID。节点1和2均连接到代表共享账户的节点3，该节点具有固定IBAN号码；两条边标记为"拥有"标签以明确关系性质。与顶点类似，边也可承载属性，本例中的since属性将2021-03-05指定为所有权起始日期。

关系型与图模式差异

图数据库与关系型数据库的关键区别在于：关系型数据库需要预先定义模式且难以修改，而图数据库不需要显式模式定义。关系模型中的模式级信息（表和属性名称）在图数据库中作为数据本身的一部分呈现。通过插入或更改节点标签、边标签和属性名称等图元素，可以隐式扩展或修改模式，无需执行繁琐的模式操作（如ALTER TABLE命令）。

例如在图数据库中，可随时添加带有新标签"认识"的边来连接代表Jane Doe和John Doe的节点，或引入带有新标签（如金融交易）的节点。这类扩展在关系型示例模式中需要操作表结构。缺乏显式模式是降低数据建模和应用构建门槛的关键差异点：遵循按需付费模式，构建新应用的图应用开发者可以从少量数据起步，随着应用演进不断插入新节点类型、属性和互联边，而无需维护显式模式。

模式演化过程

虽然这有助于提升图应用构建的初始速度，但在图应用全生命周期中，从隐式模式转向显式模式的需求逐渐显现。当数据库填充初始（通常尚未完善）版本的图数据后，便产生了对灵活模式支持的需求。

在此阶段，模式主要发挥描述性作用：了解最重要的节点/边标签及其属性可帮助应用开发者预判数据内容并指导查询编写。随着应用生命周期推进，图数据模型趋于稳定，开发者可能受益于更严格的规定性模式方法，该方法能强力断言图中的形态和逻辑不变性。

PG-Schema创新方案

基于这些需求，SIGMOD论文提出了名为PG-Schema的数据定义语言（DDL），旨在向用户提供全方位的模式灵活性。该方案通过GRAPH TYPE定义包含六个要素：

• 前三年引入节点类型（person、customer、account）描述图中节点的结构约束
• 边类型基于节点类型指定连接节点的边结构和类型
• 最后两行指定超越图结构的额外约束（KEY约束和所有权约束）

STRICT关键字强制要求图中所有元素遵守图类型体中定义的类型，且满足所有约束。这相当于实现了模式优先范式，具有最大规定性并强约束图结构。为适应灵活和部分模式用例，PG-Schema提供LOOSE关键字作为STRICT的替代方案，允许存在未明确定义的节点和边类型。

类似STRICT与LOOSE的机制体现在语言不同层面：例如OPEN关键字可用于部分或完全指定特定顶点标签可携带的属性集（如要求Person标签节点必须具有name属性，但可包含任意其他未声明属性）。这些机制产生的灵活性使部分模式的定义变得容易，并可逐步调整优化以满足模式演化需求。

PG-Schema不仅提出了具体的图模式和约束语言方案，更致力于提升行业对标准化图模式方法的重视。论文中的概念和思想由图形领域主要企业和学者共同开发，目前正在推进相关概念的标准化进程。未来版本的GQL标准预计将包含丰富DDL，并可能采纳论文提出的概念和思想。
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