Julia中如何用Graphs.jl创建节点为自定义类型的SimpleDiGraph有向图

底层原理说明 #

Graphs.jl 中的 SimpleGraph/SimpleDiGraph 是为高性能设计的轻量图结构，节点默认仅支持从 1 开始的连续正整数，底层邻接表依赖连续整数做索引，本身不支持直接存储任意自定义类型作为节点。

方案1：原生Graphs.jl手动维护映射（无额外依赖） #

自己维护双向映射表，将自定义实例和连续整数ID一一绑定，操作图时做转换即可，示例代码：

using Graphs

# 自定义类型定义
abstract type Foo end
mutable struct Bar <: Foo
    b::Bool
end
mutable struct Baz <: Foo
    b::Bool
end

# 初始化自定义节点实例
bar = Bar(true)
baz = Baz(false)
nodes = [bar, baz]

# 维护双向映射关系
obj_to_id = Dict(obj => i for (i, obj) in enumerate(nodes))
id_to_obj = Dict(i => obj for (i, obj) in enumerate(nodes))

# 初始化和节点数匹配的有向图
g = SimpleDiGraph(length(nodes))

# 加边时先把自定义对象转成整数ID
add_edge!(g, obj_to_id[bar], obj_to_id[baz])

# 验证：遍历边时转回自定义对象
for e in edges(g)
    u = id_to_obj[src(e)]
    v = id_to_obj[dst(e)]
    println("边: $u -> $v")
end

方案2：使用MetaGraphs.jl原生支持自定义节点 #

MetaGraphs是Graphs.jl官方生态的元数据扩展包，支持给节点、边附加任意类型的元数据，还可直接配置自定义类型作为节点索引，无需手动维护映射：

using Graphs, MetaGraphs

# 自定义类型定义同上
abstract type Foo end
mutable struct Bar <: Foo
    b::Bool
end
mutable struct Baz <: Foo
    b::Bool
end
bar = Bar(true)
baz = Baz(false)

# 初始化元有向图，第二个参数为节点总数
g = MetaDiGraph(2)
# 给节点绑定自定义实例
set_prop!(g, 1, :value, bar)
set_prop!(g, 2, :value, baz)
# 建立自定义实例到节点ID的索引，之后可直接用实例操作图
set_indexing_prop!(g, :value)

# 直接用自定义实例加边
add_edge!(g, bar, baz, :value)

# 验证
for e in edges(g)
    u = g[src(e), :value]
    v = g[dst(e), :value]
    println("边: $u -> $v")
end

错误方案说明 #

你尝试用pointer_from_objref转整数的方法不可行，原因有两个：

• SimpleDiGraph的节点ID必须是从1开始的连续正整数，指针转换得到的整数远大于你初始化的图的节点总数，因此加边直接返回失败
• 指针本身不稳定，Julia GC运行时会移动对象内存地址，后续指针会失效，存在内存安全风险

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user14717