使用 Python 和 PostgreSQL 管理多个类别树

Question

我有多个类别，可以有 None 或一个或多个子类别。

这个过程理论上可以无限。所以，这就像拥有多棵树。

树示例。

A
 - A1
     - A11
     - A12
-A2
B
C
 - C1

我也有物品。一个项目可以属于多个类别。

此时连接类别，在数据库中我使用三个字段：

• children（一个类别的孩子），

• path([1,4,8]，基本上就是祖父母，父母，类别本身的id)

• 深度，代表树中每个类别的层级

使用这些字段可以避免一些递归并使用更多查询。

我通常检索如下数据：

• 顶级类别（深度 0）

• 一个类别的子类别

• 同级类别

• 类别中的项目（例如祖父类别，将显示其直接项目、子项目和孙子项目）

目前我正在使用Django（想迁移到FastAPI）和PostgreSQL，每次对类别进行CRUD操作时，都会修改三个字段（路径，深度，子项）。

我在想也许是一种更好的方法来维护/检索类别树和相应的项目。

Answer 1

在数据库中存储树有多种可能的策略。

按照您当前的方式将完整路径存储在数组中就是其中之一。但是使用这种解决方案很难强制执行引用完整性（如何保证数组中的这些ids 确实存在于表中？），并且简单的树操作很繁琐（如何枚举给定节点的直接子节点?)。

@VesaKarjalainen 的回答建议使用 邻接列表 模型，这是一个单独的表，其中每个元素都引用其直接祖先。它可以工作，但也有缺点：通常，遍历层次结构很复杂（比如获取给定节点的所有子节点或父节点）：您需要某种迭代或递归，这需要 SQL 引擎效率不高。

我会推荐 closure table 方法。这通过创建一个单独的表来存储树中所有可能的路径来工作，如下所示：

create table category_path (
    parent_id int,
    child_id int,
    level int,
    primary key(parent_id, child_id),
    foreign key(parent_id) references category(id),
    foreign key(parent_id) references category(id)
);

对于您提供的这个树结构：

        A       B     C 
       / \            |
     A1   A2          C1
     /\
  A11  A12

您将存储以下数据：

parent_id    child_id    level
A            A           0
A            A1          1
A            A2          1
A            A11         2
A            A12         2
A1           A11         1
A1           A12         1
B            B           0
C            C           0
C            C1          1

现在，假设您要检索给定类别的所有子项，这很简单：

select * from category_path where parent_id = 'A'

要获取所有父母，您只需将 where parent_id = ... 替换为 where child_id = ...。

您可以使用join 引入主表：

select c.*
from category_path cp
inner join categories c on c.id = cp.parent_id
where cp.parent_id = 'A'

Answer 2

使用递归 CTE 查询创建层次结构树。根据您的层次结构大小和典型查询，索引和自动缓存可能足以使其足够快。否则，物化视图可能是一个好方法。

如果需要，您可以选择使用单独的 TOP 节点，或者让顶级节点的父节点为 NULL。拥有几个像 TOP 这样的节点可以在同一个表中拥有几棵树。此外，查询单个下游节点及以上节点应该不难。

DROP TABLE IF EXISTS category;

CREATE TABLE category (
    id varchar PRIMARY KEY,
    parent varchar
);

COPY category (id,parent)
FROM  stdin WITH DELIMITER ';';
TOP;\N
1;TOP
2;TOP
1A;1
1B;1
1A1;1A
1A2;1A
\.

WITH RECURSIVE tree AS (
  SELECT
    id,
    parent,
    id  AS path
  FROM
    category
  WHERE
    parent IS NULL
UNION
  SELECT
    c.id,
    c.parent,
    p.path || ' -> ' || c.id
  FROM
    category c
  INNER JOIN
    tree p
   ON c.parent = p.id
  )

SELECT * FROM tree
ORDER BY path;

Answer 3

如果您打算在您的项目中坚持使用 django，并且想要更多“开箱即用”的东西，您应该看看 django-treebeard。这用于需要数据库中的树结构（如 Wagtail）的大型 Python 项目。