Qu'est-ce qu'une base de données de graphes ?

Une base de données NoSQL basée sur des graphes (communément appelée base de données de graphes ou GDB) organise les données sous forme de nœuds et d'arêtes, et est conçue pour représenter et interroger les relations entre les points de données.

Contrairement aux bases de données relationnelles traditionnelles qui utilisent des tables structurées, une base de données de graphes organise les données de manière à capturer les relations entre les points de données. Cette structure reflète certains réseaux concrets, comme les personnes dans un réseau social, les produits dans une chaîne d'approvisionnement ou les transactions dans un réseau de fraude financière. Les bases de données de graphes sont donc particulièrement efficaces pour analyser les connexions. Bien sûr, toutes les données ne prennent pas cette forme, mais lorsque les relations sont au cœur des données, une base de données de graphes facilite l'analyse et la découverte de connexions significatives.

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Points à retenir

Les bases de données de graphes sont une catégorie de bases de données NoSQL conçues pour modéliser et interroger des relations. Elles utilisent des structures de graphes composées de nœuds et d'arêtes pour représenter les entités et leurs connexions. Voici un bref aperçu de leurs principaux avantages et caractéristiques :

  • Requêtes axées sur les relations : contrairement aux bases de données relationnelles qui reposent sur des tables et des opérations JOIN, les bases de données de graphes privilégient les requêtes axées sur les relations, ce qui les rend très efficaces pour explorer les données connectées.
  • Flexibilité : leur schéma flexible et leur compatibilité avec les algorithmes de graphes vous permettent de découvrir des schémas, d'optimiser des réseaux et d'obtenir des insights plus détaillés à partir d'ensembles de données complexes.
  • Diversité des cas d'utilisation : les cas d'utilisation courants incluent l'alimentation de graphes de réseaux sociaux, la détection de fraudes par le biais de connexions anormales et l'optimisation de la logistique ou de la planification d'itinéraires.

Qu'est-ce qu'un graphe ?

Un graphe est un modèle de données qui modélise les relations entre des entités. Il se compose de deux éléments clés :

  • Nœuds : représentent des entités telles que des personnes, des produits, des lieux ou des événements. Ce sont vos éléments de données.
  • Arêtes : représentent les relations entre les nœuds, comme les amitiés sur un réseau social, les liens entre les clients et les produits achetés, ou les liens de la chaîne d'approvisionnement. Les arêtes peuvent également inclure des propriétés, comme des codes temporels ou des pondérations, qui ajoutent du contexte à la relation.

Comment fonctionnent les bases de données de graphes ?

Considérez les bases de données de graphes comme un grand jeu de points à relier. Elles stockent vos informations sous forme de points individuels (nœuds) et utilise des lignes (arêtes) pour afficher et stocker directement les relations entre ces points.

La flexibilité des bases de données de graphes leur permet de représenter différentes connexions, des structures hiérarchiques (comme les arbres généalogiques ou les organigrammes) aux réseaux en cluster (comme les recommandations de produits en e-commerce), en passant par l'identification des nœuds influents sur les réseaux sociaux.

Les algorithmes spécialisés peuvent enrichir les informations issues des graphes. Par exemple :

  • Chemin le plus court : optimisez les itinéraires dans les services de navigation et logistiques.
  • Détection de communautés : identifiez des groupes de nœuds plus étroitement connectés entre eux qu'avec le reste du réseau. Cette technique est utile pour la segmentation des réseaux sociaux ou la détection des fraudes.
  • Classement des pages Web : calculez l'importance d'un nœud en fonction du nombre et de la qualité des liens qui pointent vers lui.

En exploitant des algorithmes de ce type, les bases de données de graphes aident à transformer des relations complexes en stratégies concrètes.

Bases de données de graphes et bases de données relationnelles

Alors que les bases de données relationnelles organisent les données en tables structurées, les bases de données de graphes se concentrent sur les relations. Voici quelques différences fondamentales :

Caractéristique

Bases de données relationnelles

Bases de données de graphes

Structure des données


Utilisation de lignes et de colonnes dans des schémas stricts avec des propriétés prédéfinies. L'ajout d'une relation nécessite une restructuration.

Modélisation des données sous forme de nœuds et d'arêtes, ce qui permet d'établir des relations flexibles sans schémas prédéfinis.

Efficacité des requêtes

S'appuient sur des opérations JOIN pour connecter des tables, ce qui peut devenir lent et complexe à mesure que le nombre de relations augmente.

Parcourent directement les arêtes, ce qui les rend plus rapides et plus intuitives pour les requêtes axées sur les relations.

Langages de requête

Langage de requête structuré (SQL) et ses dérivés.

Graph Query Language (GQL), Cypher et Gremlin.

Cas d'utilisation

Excellent dans les environnements structurés et prévisibles, comme les systèmes financiers ou la gestion de l'inventaire.

Idéales pour les applications où les relations sont essentielles, comme les réseaux sociaux, la détection de fraudes ou l'optimisation d'itinéraires.

Caractéristique

Bases de données relationnelles

Bases de données de graphes

Structure des données


Utilisation de lignes et de colonnes dans des schémas stricts avec des propriétés prédéfinies. L'ajout d'une relation nécessite une restructuration.

Modélisation des données sous forme de nœuds et d'arêtes, ce qui permet d'établir des relations flexibles sans schémas prédéfinis.

Efficacité des requêtes

S'appuient sur des opérations JOIN pour connecter des tables, ce qui peut devenir lent et complexe à mesure que le nombre de relations augmente.

Parcourent directement les arêtes, ce qui les rend plus rapides et plus intuitives pour les requêtes axées sur les relations.

Langages de requête

Langage de requête structuré (SQL) et ses dérivés.

Graph Query Language (GQL), Cypher et Gremlin.

Cas d'utilisation

Excellent dans les environnements structurés et prévisibles, comme les systèmes financiers ou la gestion de l'inventaire.

Idéales pour les applications où les relations sont essentielles, comme les réseaux sociaux, la détection de fraudes ou l'optimisation d'itinéraires.

Principaux cas d'utilisation des bases de données de graphes

Les bases de données de graphes sont généralement adaptées aux applications où il est essentiel de comprendre les relations entre les points de données. Voici quelques cas d'utilisation courants :

Les bases de données de graphes alimentent des fonctionnalités telles que les recommandations d'amis, l'identification des influenceurs et la détection de communautés. En analysant le graphe social et les liens entre les utilisateurs, les posts et les interactions, les plates-formes peuvent offrir des expériences personnalisées et dégager des insights clés.

Dans le secteur de la finance et de l'e-commerce, les bases de données de graphes peuvent aider à détecter les schémas de fraude en cartographiant les transactions, les comptes et les appareils. Elles sont très efficaces pour déceler les liens cachés, comme les comptes partageant des adresses IP ou des informations de carte de crédit. Lorsqu'un nœud est fortement connecté à des nœuds frauduleux connus, cela suscite des soupçons.

Les entreprises de transport et de logistique s'appuient sur les bases de données de graphes pour optimiser les itinéraires de livraison. En analysant les nœuds (lieux) et les arêtes (itinéraires), elles peuvent réduire les temps de trajet, diminuer les coûts et améliorer l'efficacité.

Pour les marchands d'e-commerce, les bases de données de graphes peuvent améliorer les recommandations personnalisées en associant les utilisateurs aux produits avec lesquels ils ont interagi (achetés, consultés, notés) et à d'autres produits ou utilisateurs similaires en fonction de ces interactions.

Comparaison des principales bases de données de graphes

Il existe plusieurs fournisseurs de bases de données de graphes, dont les produits offrent différentes fonctionnalités pour répondre à des cas d'utilisation spécifiques.

Outre les fournisseurs de bases de données de graphes dédiés, il existe également des extensions de graphes pour les bases de données traditionnelles. Spanner Graph, par exemple, est un produit de base de données de graphes de Google Cloud, qui s'appuie sur la base de données relationnelle Spanner à l'échelle mondiale. Il combine une cohérence forte, une évolutivité horizontale et des déploiements multirégionaux.

Neo4j

Neo4j est une base de données spécialement conçue pour les graphes, disponible sur Google Cloud, qui offre des performances élevées pour les requêtes complexes telles que les calculs de chemin le plus court et la détection de communautés. Elle utilise un langage de requête optimisé pour les graphes et convient pour visualiser les relations afin d'obtenir des insights pratiques.

AWS Neptune

AWS Neptune est un service de base de données de graphes d'Amazon Web Services. Il prend en charge les modèles de graphes courants, comme les graphes de propriétés et les graphes RDF.

Enterprise Knowledge Graph

Bien qu'il ne s'agisse pas d'une base de données à proprement parler, Enterprise Knowledge Graph (EKG) est une solution Google Cloud qui utilise les principes des graphes pour consolider, standardiser et rapprocher les données d'entreprise fragmentées provenant de différentes sources. Elle permet de créer un modèle de graphe unifié et sémantiquement riche des connaissances d'une organisation, qui peut ensuite être utilisé pour alimenter des applications d'IA avancées, la recherche contextuelle et une vue à 360 degrés complète des entités, telles que les clients ou les produits.

Spanner Graph

La base de données Spanner de Google Cloud combine des fonctionnalités relationnelles et de graphes via Spanner Graph. Elle offre une cohérence globale, une évolutivité horizontale et la flexibilité nécessaire pour gérer les données relationnelles et de graphes dans un environnement unifié. Elle est donc idéale pour les déploiements diversifiés et à grande échelle.

Vous pouvez adopter différents types de bases de données de graphes en fonction de vos besoins. Les solutions dédiées comme Neo4j ou AWS Neptune se concentrent exclusivement sur les opérations natives de graphes, tandis que les bases de données multimodèles comme Spanner Graph combinent les modèles relationnels et de graphes dans un seul système, offrant ainsi une certaine flexibilité pour répondre à différentes exigences en matière de données.

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Questions fréquentes sur les bases de données de graphes

Les nœuds représentent des entités individuelles comme des personnes, des produits ou des lieux. Les arêtes sont les connexions ou les relations entre ces nœuds, comme une amitié, un achat ou un itinéraire entre deux lieux.

Il peut être intéressant d'utiliser une base de données de graphes lorsque les relations entre les données sont aussi importantes que les données elles-mêmes. Une base de données de graphes est beaucoup plus rapide et intuitive pour des cas d'utilisation tels que les réseaux sociaux, les moteurs de recommandations et la détection des fraudes, où vous devez analyser des connexions complexes.

Pour de nombreuses applications modernes, vous aurez besoin des deux. Considérez votre base de données relationnelle (comme PostgreSQL ou MySQL) comme la base solide de votre architecture de données. Elle est très fiable pour stocker les informations de base de votre entreprise (clients, produits et transactions) avec une intégrité des données élevée.

Si vous devez également comprendre les relations complexes et changeantes entre ces faits, une base de données de graphes est utile. Elle est conçue pour répondre à des questions sur les connexions qui sont plus difficiles à traiter pour une base de données relationnelle (par exemple, "Quels clients ont été influencés par cette campagne marketing ?").

Ces deux bases de données peuvent former un partenariat puissant. Votre base de données relationnelle stocke le "quoi" (le client, le produit), tandis que la base de données de graphes explore le "comment" (comment ce client est connecté à d'autres clients et produits).

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Avantages des bases de données de graphes

Les bases de données de graphes sont conçues pour gérer des données hautement connectées. Elles offrent des avantages qui peuvent les rendre essentielles pour les applications axées sur les relations. Voici quelques-uns des principaux avantages :

Requêtes plus rapides pour les données connectées

En parcourant directement les arêtes au lieu de s'appuyer sur des opérations JOIN coûteuses, les bases de données de graphes offrent de meilleures performances pour les requêtes qui impliquent de nombreuses relations, comme la découverte du chemin le plus court ou la détection de clusters.

Évolutivité pour les réseaux en croissance

Les bases de données de graphes gèrent de manière fluide les ensembles de données volumineux et évolutifs, ce qui les rend idéales pour les secteurs dont les modèles de données sont dynamiques, comme les réseaux sociaux, la finance et les télécommunications.

Flexibilité de la structure des données

Grâce à leur conception sans schéma, les bases de données de graphes permettent d'ajouter ou de modifier facilement des nœuds et des arêtes, sans nécessiter de réorganisation importante. Cette flexibilité est utile dans les scénarios où la nature des relations entre les données change fréquemment.

Analyses et insights spécialisés

Les bases de données de graphes prennent en charge des algorithmes avancés, comme les algorithmes de détection de communautés et d'analyse de liens, pour extraire des insights pratiques à partir de relations complexes. Ces fonctionnalités sont essentielles pour découvrir des schémas cachés et prendre des décisions basées sur les données.

Modélisation intuitive des relations

Les bases de données de graphes utilisent des nœuds et des arêtes pour refléter les relations réelles. Elles facilitent ainsi la représentation et l'analyse de réseaux complexes tels que les interactions sociales, les chaînes d'approvisionnement ou les systèmes de recommandation.

Connaissance du contexte améliorée

En stockant le sens et la nature des relations, et pas seulement les données, les bases de données de graphes permettent aux systèmes (en particulier dans le domaine de l'IA) de mieux comprendre les données, ce qui peut être déterminant pour des tâches telles que la recherche contextuelle précise et l'ancrage des modèles d'IA sur des faits vérifiables.

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