数据结构和算法在流程画布中的实际应用数据结构可视化流程

图灵奖的获得者，Pascal 之父——Niklaus Wirth ，有个经典说法：“算法+数据结构=程序”（Algorithm+Data Structures=Programs）。我们以这个说法为思路，看在流程画布这个场景中，如何应用数据结构和算法来解决实际的业务需求。
树和图在数据结构中，对树的描述为：树是n（n≥0）个结点的有限集，它或为空树（n=0）；或为非空树，对于非空树T：

有且仅有一个称之为根的结点；
除根结点以外的其余结点可分为m（m>0）个互不相交的有限集T1, T2, …, Tm,其中每一个集合本身又是一棵树，并且称为根的子树（SubTree）。

由上述描述可以看出，树的结构定义是一个递归的定义，即在树的定义中又用到树的定义，它道出了树的固有特性。树常用的存储结构有：顺序存储、链式存储。
对图的描述为：图G由两个集合V和E组成，记为G=(V, E)，其中V是顶点的有穷非空集合，E是V中顶点偶对的有穷集合。V(G)为图的顶点集合，不可以为空；E(G)为图的边集合，可以为空。如果边集E(G)为有向边的集合，则称图为有向图；如果边集E(G)为无向边的集合，则称图为无向图。
图常用的存储结构有：邻接矩阵、邻接表、十字链表、邻接多重表。
树和图是画布这个场景中关联度最高的两种数据结构（当然，最基础的还是链表结构）。
G6 G6 是一个图可视化引擎。它提供了图的绘制、布局、分析、交互、动画等图可视化的基础能力，借助 G6 的能力，我们可以快速搭建自己的图分析或图编辑应用。流程画布底层便使用了 antv/g6 来实现图可视化的功能。
根据对其功能使用程度的不同，我们梳理 G6 的核心概念如下：

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G6中对图 Graph 接收的参数定义如下：

export interface GraphData { nodes?: NodeConfig[]; edges?: EdgeConfig[]; combos?: ComboConfig[]; [key: string]: any; }

官网给出的最简单的快速开始的 demo 代码片段如下：

const data = https://www.it610.com/article/{ nodes: [ { id:'node1', x: 100, y: 200, }, { id: 'node2', x: 300, y: 200, }, ], edges: [ { source: 'node1', target: 'node2', }, ], }; const graph = new G6.Graph({ container: 'mountNode', width: 800, height: 500, }); graph.data(data); graph.render();

由上面两段代码可以看出，nodes 和 edges 是对图结构中顶点集合和边集合的数据表示，同时通过 combos 字段实现了顶点分组的能力。看到此处，我们可以得出结论：真正的元素绘制部分其实无需关心，我们要做的更多是对顶点集和边集数据的管理。
顶点项中的 x、y 字段是可选的，当数据中没有节点位置信息，或者数据中的位置信息不满足需求时，需要借助一些布局算法对图进行布局。
由G6的核心概念可以看到，框架本身已经实现了多种经典布局算法，其中不乏以树图为主的脑图布局，但根据需求描述中对UI设计和交互的定义，现有布局算法无法满足我们的需求。因此我们不仅要实现自定义顶点、边，还要实时计算每个顶点的坐标值来实现自定义布局的逻辑。
G6 在提供更高的灵活性的同时，也因处理数据带来了不可避免的复杂性，节点的坐标值计算和节点管理（新增、删除）便是其中的典型场景。
数据结构定义 G6 本身是对图可视化的实现，但流程画布这个场景中，我们在真正的实现中采用了链式存储的树结构。
实际开发过程中，对节点的数据类型定义如下：

interface IWorkflowNode { id: string; type: TWorkflowNodeType; params: T; parent: string[]; children: string[]; }

说明：

parent 为父节点引用（以 id 形式存储）
children 为子节点引用（以 id 形式存储）

满足二叉数的双向链表结构

算法我们需要对数据进行处理的点主要有两个：

节点坐标计算
节点删除时，对当前节点、关联边和子树的删除

基于上述的数据结构定义，实现上述两点功能均用到同一个算法：二叉树的深度优先、前序遍历算法（采用递归解法）。

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如上图，如果采用深度优先、前序遍历算法，则访问节点的顺序应为：1、2、4、8、5、9、3、6、7。
到此为止，我们的预备知识已经全部给出，接下来是具体的实现细节。
实现假设现在有如下图所示的一张画布：

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nodes 数据细节如下（忽略了部分与坐标计算无关的字段）。

[ { id: 'root-1630463843227', type: 'start', parent: [], children: ['root-1630463843227-0'], }, { id: 'root-1630463843227-0', type: 'strategy', parent: ['root-1630463843227'], children: ['root-1630463843227-0-0', 'root-1630463843227-0-1'], }, { id: 'root-1630463843227-0-0', type: 'strategy', parent: ['root-1630463843227-0'], children: ['root-1630463843227-0-0-0', 'root-1630463843227-0-0-1'], }, { id: 'root-1630463843227-0-0-0', type: 'action', parent: ['root-1630463843227-0-0'], children: [], }, { id: 'root-1630463843227-0-0-1', type: 'trigger', parent: ['root-1630463843227-0-0'], children: ['root-1630463843227-0-0-1-0'], }, { id: 'root-1630463843227-0-0-1-0', type: 'action', parent: ['root-1630463843227-0-0-1'], children: [], }, { id: 'root-1630463843227-0-1', type: 'action', parent: ['root-1630463843227-0'], children: [], }, ]

坐标计算
1、数据预处理

从 nodes 和 edges 的数组列表形式生成根据 id 为 key 的对象类型，方便后续取值
y累计偏移量 MaxOffsetY 置为 0
选定起始节点并设定起始坐标为(0, 0)
开始递归求解每个节点的坐标

/** * 计算依赖的相关变量 * indentX：x 方向固定偏移量 * gapVertical: y 方向固定偏移量 * MaxOffsetY: 当前节点计算时 y 方向的累计偏移量 */ const indentX = 370; const gapVertical = 50; const MaxOffsetY = 0; const parseWorkflowToDraw = ( workflow: IWorkflow, resolveNode: ResolveNode ): [GraphData, IWorkflowNodeMap] => { const nodes = workflow.nodes; const edges = workflow.edges; const nodeMap: IWorkflowNodeMap = {}; const edgeMap: IWorkflowEdgeMap = {}; let rootId = ''; for (const item of nodes) { if (item.type === 'start') { rootId = item.id; } nodeMap[item.id] = { ...item }; } for (const edge of edges) { edgeMap[edge.target] = { ...edge }; } if (!rootId) { throw new Error('Workflow 节点类型错误，无起始节点！'); } MaxOffsetY = 0; const graphData: GraphData = https://www.it610.com/article/{ nodes: [], edges, }; parseWorkflowToGraphData( nodeMap[rootId], 0, 0, null, [0, 0], nodeMap, edgeMap, resolveNode, graphData ); return [graphData, nodeMap]; };

2、坐标计算

数据预处理（更多的是注入后续自定义节点时draw函数所需的数据）
计算自身节点尺寸
根据父节点位置、是否为分支流程及分支流程中的位置索引计算当前位置
根据系列条件判断是否需要在 y 方向上进行偏移量累加
如果有 children，则循环递归求解每一个 children 节点位置

const parseWorkflowToGraphData = https://www.it610.com/article/( node: IWorkflowNode, indexInSibling: number, parentMatrixX: number, parentNodeType: TWorkflowNodeType, parentNodeSize: number[], nodeMap: IWorkflowNodeMap, edgeMap: IWorkflowEdgeMap, resolveNode: ResolveNode, graphData: GraphData ): IWorkflowDrawNode => { const nodeType = node.type; const condition = nodeType === 'start' ? true : edgeMap[node.id]?.condition; let newNode = { ...resolveNode(node), nodeType: nodeType, type: tagRenderNodeType(nodeType), condition, }; // 计算节点尺寸 const size = nodeSize(newNode); newNode.size = size; newNode.domSize = isBranchedNodeType(nodeType) ? [size[0] - padding - 130, size[1] - padding - 75] : size; // 计算节点坐标位置 const matrixX = parentNodeType === null ? 0 : parentMatrixX + indentX; const matrixY = !condition && indexInSibling === 0 ? MaxOffsetY + parentNodeSize[1] + gapVertical : MaxOffsetY; newNode.x = matrixX; newNode.y = matrixY; if (!condition && indexInSibling === 0) { MaxOffsetY += parentNodeSize[1] + gapVertical; } const children = []; if (node.children.length > 0) { node.children.forEach((childId, index) => { const childNode = parseWorkflowToGraphData( nodeMap[childId], index, matrixX, nodeType, size, nodeMap, edgeMap, resolveNode, graphData ); children.push(childNode); }); } else { MaxOffsetY += size[1] + gapVertical; } newNode.children = children; graphData.nodes.push(newNode); return newNode; };

节点删除
节点删除时，不仅需要删除当前节点，而且当前节点的子树、当前节点的入度边也应该一并删除。此时用到的依然是 N 叉树的递归解法，同时借助函数引用传参可以改变参数的特性，实现了对源数据进行直接变更的操作。

/** * 删除任意节点、子树及其入度边 * @param node * @param nodes * @param edges */ const removeNode = ( node: IWorkflowNode, nodes: IWorkflowNode[], edges: IWorkflowEdge[] ) => { const { children } = node; if (children?.length > 0) { children.forEach((child) => removeNode( nodes.find((n) => n.id === child), nodes, edges ) ); } handleNodeDelete(node, nodes, edges); }; const handleNodeDelete = ( node: IWorkflowNode, nodes: IWorkflowNode[], edges: IWorkflowEdge[] ) => { // 定位元素 const nodeIndex = nodes.findIndex((n) => n.id === node.id); const foundEdges = edges.filter((edge) => edge.target === node.id); // 清除父节点指向该节点的指针 const parentNode = nodes.find((n) => nodes[nodeIndex].parent[0] === n.id); if (parentNode.children?.length) { parentNode.children = parentNode.children.filter((child) => child !== node.id); } // 删除元素 nodes.splice(nodeIndex, 1); if (foundEdges?.length > 0) { foundEdges.forEach((v) => { const edgeIndex = edges.findIndex((_) => _.id === v.id); edges.splice(edgeIndex, 1); }); } };

ABTest 在未拓展 ABTest 类型节点前，整个画布的数据结构满足二叉树的定义。但扩展之后，由于子节点数量存在大于二的场景，所以不再满足二叉树的定义，但整体不影响链表+树的结构定义，是由二叉到N叉的扩展。

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但 ABTest 的特殊性不仅体现在当前节点的后继数量不限，更重要的是他的后继节点可以作为一个容器，再包含一个特殊的小型画布。

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因此，在原本的数据结构基础上，我们扩展了节点的类型定义，新增 childNodes 字段。childNodes 主要为了存储 ABTest 节点之后跟的 combo 组的数据，从这里作为入口，在不打断原本树结构的前提下，内部又可以插入一棵树的结构。其实到此处，已经不再是单纯的双向链表形式，又多了一丝广义表的味道。

interface IWorkflowNode { comboId?: string; id: string; type: TWorkflowNodeType; params: T; parent: string[]; children: string[]; childNodes?: string[]; }

经过扩展后的数据结构对原有的算法逻辑其实不会影响，我们要做的是需要处理中间广义表结构带来的子树逻辑（包括子树的坐标计算、子树对后继节点位置坐标的影响等）。

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假如有如上的一棵树，按照扩展后的类型定义及 N 叉数的遍历算法，则遍历顺序应该为：1、2、3、5、4、6、10、11、13、12、14、7、8、9。
因此在具体实现中，数据预处理逻辑基本不变，只是新增了 MaxOffsetYSnapshot 变量，作为计算广义表之前y 偏移量的快照。当中间为了计算广义表子树而影响到后继节点的 y 偏移量时，可以将后继节点计算时的 y 偏移量重置为快照值，以此保证不影响原有的树结构坐标计算。
坐标计算逻辑新增对 childNodes 带来的广义表数据的处理：

const parseWorkflowToGraphData = https://www.it610.com/article/( node: IWorkflowNode, indexInSibling: number, parentMatrixX: number, parentNodeType: TWorkflowNodeType, parentNodeSize: number[], nodeMap: IWorkflowNodeMap, edgeMap: IWorkflowEdgeMap, resolveNode: ResolveNode, graphData: GraphData ): IWorkflowDrawNode => { const nodeType = node.type; const condition = ['start', 'combo'].includes(nodeType) ? true : edgeMap[node.id]?.condition; let newNode = { ...resolveNode(node), nodeType: nodeType, type: tagRenderNodeType(nodeType), condition, }; // 计算节点尺寸 const size = nodeSize(newNode); newNode.size = size; newNode.domSize = isBranchedNodeType(nodeType) ? [size[0] - padding - 130, size[1] - padding - 75] : size; // 计算节点坐标位置 let matrixX = parentNodeType === null && !node.id.startsWith('combo') ? 0 : parentMatrixX + indentX; const matrixY = !condition && indexInSibling === 0 ? MaxOffsetY + parentNodeSize[1] + gapVertical : MaxOffsetY; newNode.x = matrixX; newNode.y = matrixY; if (!condition && indexInSibling === 0) { MaxOffsetY += parentNodeSize[1] + gapVertical; } // 处理combo类型节点中的小画布数据 if (nodeType === 'combo') { if (node.childNodes?.length > 0) { MaxOffsetY -= gapVertical; } const comboGraphData: GraphData = https://www.it610.com/article/{ nodes: [], edges: [], }; if (node.childNodes?.length) { parseWorkflowToGraphData( nodeMap[node.id.replace('root', 'combo')], 0, matrixX - size[0] - 90, null, [0, 0], nodeMap, edgeMap, resolveNode, comboGraphData ); } let maxXNode = null; let maxYNode = null; comboGraphData.nodes.forEach((node) => { if (!maxXNode || node.x > maxXNode.x) maxXNode = node; if (!maxYNode || node.y > maxYNode.y) maxYNode = node; }); const width = maxXNode && maxXNode.x > 0 ? maxXNode.x + maxXNode.size[0] - matrixX : size[0]; const height = maxYNode && maxYNode.y > 0 ? maxYNode.y + maxYNode.size[1] - matrixY : size[1]; newNode.size = [width, height]; graphData.nodes.push(...comboGraphData.nodes); graphData.edges.push(...comboGraphData.edges); // 计算 combo 组最大偏移量 if (indexInSibling === 0) { MaxOffsetYSnapshot = matrixY + newNode.size[1] + gapVertical; const nodeIds = nodeMap[node.parent[0]].children.map((id) => id.replace('root', 'combo')); const maxWidth = computeComboMaxWidth(nodeIds, nodeMap, edgeMap, resolveNode); matrixX = matrixX + maxWidth; } MaxOffsetY = matrixY; } const children = []; if (node.children.length > 0) { node.children.forEach((childId, index) => { const childNode = parseWorkflowToGraphData( nodeMap[childId], index, matrixX, nodeType, size, nodeMap, edgeMap, resolveNode, graphData ); children.push(childNode); }); MaxOffsetY = Math.max(MaxOffsetYSnapshot, MaxOffsetY); } else { MaxOffsetY += newNode.size[1] + gapVertical; } newNode.children = children; graphData.nodes.push(newNode); return newNode; }; 节点删除，也是新增对 childNodes 的处理逻辑即可： /** * 删除任意节点、子树及其入度边 * @param node * @param nodes * @param edges */ const removeNode = ( node: IWorkflowNode, nodes: IWorkflowNode[], edges: IWorkflowEdge[] ) => { const { children, childNodes } = node; if (childNodes?.length > 0) { childNodes.forEach((child) => removeNode( nodes.find((n) => n.id === child), nodes, edges ) ); } if (children?.length > 0) { children.forEach((child) => removeNode( nodes.find((n) => n.id === child), nodes, edges ) ); } handleNodeDelete(node, nodes, edges); };

以上，我们可实现的复杂策略配置如下：