מהו מסד נתונים גרפי?
מסד נתונים גרפי (Graph Database) הוא סוג של מסד נתונים שנועד לאחסן, לבצע שאילתות ולנהל נתונים המובנים כגרפים.
גרפים מורכבים מצמתים (או קודקודים) וקצוות (או קישורים), כאשר צמתים מייצגים ישויות, וקצוות מייצגים את היחסים בין הישויות הללו.
מבנה זה שימושי במיוחד לייצוג וניווט של קשרים מורכבים בנתונים, מה שהופך מסדי נתונים גרפי למתאימים עבור יישומים
כמו רשתות חברתיות, מערכות המלצות וזיהוי הונאה.
ניתן לתאר מסד נתונים גרפי כמו עץ משפחה.
בעץ הזה, אנשים הם נקודות (הנקראות צמתים), והקווים המחברים בין אנשים (כמו הורה-ילד, נשואים, אחים)
הם מערכות היחסים (הנקראות קצוות).
לכן, אם אתה רוצה לראות איך שני אנשים קשורים זה לזה, פשוט עקוב אחר הקווים המחברים ביניהם.
במסד נתונים גרפי, ניתן לקבל הרבה סוגים שונים של נקודות, לא רק אנשים, כמו חיות מחמד, בתים או מכוניות, וכל מיני קשרים,
כמו מי הבעלים של מה, או מי גר איפה.
זה מעולה כדי להבין איך דברים קשורים, וזו הסיבה שאפליקציות כמו רשתות חברתיות או אתרי המלצות אוהבים להשתמש בו.
זה עוזר להם לגלות במהירות דברים כמו מי החברים שלך, או אילו סרטים אתה עשוי לאהוב על סמך מה שהחברים שלך אוהבים.
מושגי מפתח של מסדי נתונים גרפים
צמתים וקצוות: צמתים מייצגים ישויות כגון אנשים, עסקים, חשבונות או כל פריט אחר שאולי תרצה לעקוב אחריהם.
קצוות מייצגים את היחסים בין הישויות הללו.
גם לצמתים וגם לקצוות יכולים להיות מאפיינים המספקים מידע נוסף על הישויות או על מערכות היחסים ביניהן.
חסרי סכימה: מסדי נתונים של גרפים הם לרוב חסרי סכמה, כלומר הם אינם דורשים סכימה מוגדרת מראש עבור נתונים.
זה הופך אותם לגמישים מאוד בהתאמה לשינויים וגיוון במבני נתונים לאורך זמן.
שפות שאילתות גרפיות: מסדי נתונים של גרפים משתמשים בשפות שאילתות מיוחדות המאפשרות שאילתות ומניפולציה יעילה של מבני גרפים.
דוגמאות כוללות Cypher עבור Neo4j, ו-Gremlin עבור Apache TinkerPop ו-SPARQL עבור חנויות מבוססות RDF.
ביצועים: מסדי נתונים גרפים מותאמים למעבר של קשרים מורכבים בנתונים.
הם יכולים לנווט ביעילות ביחסים עמוקים בין צמתים ללא עונשי הביצועים הקשורים לבסיסי נתונים יחסיים עבור סוגים דומים של פעולות.
תובנות בזמן אמת: בשל המבנה ויעילות השאילתות שלהם, מסדי נתונים גרפיים מצוינים עבור יישומים הדורשים תובנות והמלצות בזמן אמת
המבוססות על נתונים מורכבים ומקושרים זה לזה.
מקרי שימוש: מעבר לרשתות חברתיות ומנועי המלצות, נעשה שימוש במאגרי מידע גרפים בתחומים שונים כגון גרפי ידע,
תפעול רשת ו-IT, ביולוגיה וגילוי תרופות, שירותים פיננסיים לאיתור וציות להונאות ועוד.
סוגי מסדי נתונים גרפיים
ניתן לסווג מסדי נתונים גרפים (GraphDB) על סמך האופן שבו הם מאחסנים נתונים וסוג הקשרים והפעולות שהם תומכים בהם.
להלן הסוגים העיקריים:
Property Graphs
זהו הסוג הנפוץ ביותר של מסד נתונים גרפים. הוא מאחסן צמתים, קשרים ומאפיינים (או תכונות) של צמתים ושל קצוות כאחד.
לכל צומת וקצה יכולים להיות תווית המגדירה את התפקיד או הסוג שלו, וקבוצה של זוגות מפתח-ערך כמאפיינים.
מקרי שימוש: מתאים לרוב היישומים הדורשים תובנות מפורטות לגבי היחסים בין ישויות בודדות, כגון רשתות חברתיות, מערכות המלצות וזיהוי הונאה.
דוגמאות: Neo4j ו-JanusGraph.
RDF Graphs
מסדי נתונים גרפים של RDF משתמשים בפורמט מובנה כדי לייצג מידע כמשולשים – נושא, פרדיקט ואובייקט.
פורמט זה סטנדרטי להחלפת נתונים באינטרנט.
מסדי נתונים של RDF טובים במיוחד בשילוב נתונים ממקורות מגוונים.
מקרי שימוש: משמש ליישומי אינטרנט סמנטיים, גרפי ידע ושילוב מידע ממקורות שונים בצורה אחידה.
דוגמאות: Apache Jena ,Virtuoso
Labeled Property Graphs
גרסה של גרפי מאפיינים, אך עם דגש על התוויות המסווגות צמתים ויחסים לסוגים.
סוג זה משלב את התכונות של גרפי מאפיינים עם הגמישות של הוספת תוויות כדי לשפר את יכולות השאילתה.
מקרי שימוש: כל אפליקציה הנהנית מגרפי מאפיינים, עם יעילות נוספת בשאילתות ובארגון הנתונים באמצעות שימוש בתוויות.
דוגמאות: נחשבת לרוב תת-קבוצה או אסטרטגיית יישום ספציפית בתוך מסדי נתונים של גרפי מאפיינים כמו Neo4j.
Hypergraphs
היפרגרפים מרחיבים את הרעיון של קצוות בגרף.
בהיפרגרף, קצה יכול לחבר יותר משני צמתים.
זה מאפשר ייצוג מורכב וניואנסי יותר של מערכות יחסים.
מקרי שימוש: תרחישים יחסיים מורכבים שבהם יש ליצור קשרים בין מספר ישויות בו זמנית, כמו סוגים מסוימים
של ניתוח רשת או מודלים מורכבים של מערכת.
דוגמאות: HyperGraphDB.
Multimodel Databases
מסדי נתונים אלה תומכים באחסון ובשאילתה של נתונים במודלים שונים, כולל גרפים, מסמכים, ערכים מפתח ומודלים של אחסון עמודות.
הם מאפשרים את הגמישות של שימוש במודל הגרף לצד מודלים אחרים של נתונים לפי הצורך.
מקרי שימוש: יישומים הדורשים שימוש במספר מודלים של נתונים עבור סוגים שונים של פעולות או צרכי אחסון נתונים.
דוגמאות: ArangoDB, OrientDB.
כל סוג של מסד נתונים גרפי מציע יכולות ייחודיות ומתאים לסוגים ספציפיים של יישומים, בהתאם למורכבות ואופי
הנתונים והקשרים איתם אתה עובד.
מסדי נתונים גרפיים נפוצים
להלן רשימה של כמה מסדי נתונים גרפיים (Graph Database) פופולריים, כל אחד עם סט תכונות וחוזק משלו,
העונים על צרכים שונים.
Neo4j
Neo4j הוא אחד מבסיסי הנתונים הגרפי הפופולריים ביותר, הידוע בנוחות השימוש, הביצועים שלו ובסט עשיר של תכונות.
Neo4j משתמש בשפת השאילתות Cypher והוא נהדר עבור כל מיני יישומים, מגילוי הונאה ועד מערכות המלצות.
ArangoDB
ArangoDB הוא מסד נתונים מרובה מודלים התומך במודלים של גרפים, מסמכים ונתוני מפתח-ערך.
זה רב תכליתי עבור יישומים הדורשים את הגמישות לשימוש במודלים שונים של נתונים.
JanusGraph
JanusGraph הוא מסד נתונים גרפי ניתן להרחבה בקוד פתוח המותאם לאחסון ושאילתות של גרפים גדולים עם מיליארדי קודקודים וקצוות.
JanusGraph נועד לתמוך בעיבוד של גרפים המופצים על פני אשכול מרובה מכונות.
Amazon Neptune
נפטון הוא שירות מסד נתונים גרפי מנוהל במלואו, זמין מאוד, עמיד וניתן להרחבה.
הוא תומך הן במודלים של גרפי מאפיינים והן במודלים של גרפי RDF, מה שהופך אותו למגוון עבור מגוון רחב של יישומים.
Microsoft Azure Cosmos DB
שירות מסד נתונים מרובה מודלים הכולל תמיכה בנתוני גרפים עם ה-Gremlin API שלו.
הוא מופץ ברחבי העולם ותוכנן להציע חביון נמוך, זמינות גבוהה ויישומים ניתנים להרחבה.
TigerGraph
TigerGraph הוא מסד נתונים גרפי בעל ביצועים גבוהים המיועד ליישומים ארגוניים.
הוא מציע יכולות ניתוח עמוקות וניתן להרחבה, התומך בעיבוד גרפים בקנה מידה גדול.
OrientDB
מסד נתונים מרובה מודלים התומך במודלים של גרפים, מסמכים, אובייקטים ומפתח/ערך.
OrientDB ידוע בגמישות שלו ומשמש ביישומים שבהם היחסים בין נקודות הנתונים הם קריטיים.
Virtuoso
Virtuoso הוא מנוע מסד נתונים בקוד פתוח, מרובה דגמים, התומך בנתוני גרפי RDF, SQL, XML ועוד.
הוא מיועד לשילוב נתונים ומשמש ביישומי אינטרנט סמנטיים.
Blazegraph
Blazegraph הידוע ביכולות עיבוד נתונים גרפי בעלות הביצועים הגבוהים שלו, תומך בנתוני RDF בקנה מידה גדול.
הוא משמש במחקר מדעי, ניתוח ביג דאטה ועוד.
GraphDB
GraphDB הוא מסד נתונים גרפי סמנטיים, שנועד לאחסן, לנהל ולנתח נתונים בצורה של גרפי RDF.
הוא מתאים היטב לבניית גרפי ידע, שילוב נתונים ואחסון נתונים סמנטיים.
