O que é um banco de dados de grafos?

Um banco de dados NoSQL baseado em grafos (normalmente chamado de banco de dados de grafos ou GDB) organiza os dados como nós e bordas e foi projetado para representar e consultar relações entre pontos de dados.

Ao contrário dos bancos de dados relacionais tradicionais que usam tabelas estruturadas, um banco de dados de grafos organiza os dados de forma a capturar as relações entre os pontos de dados. Essa estrutura espelha algumas redes do mundo real, como pessoas em uma rede social, produtos em uma cadeia de suprimentos ou transações em um esquema de fraude financeira, tornando os bancos de dados de grafos particularmente poderosos para ajudar a analisar conexões. Nem todos os dados têm esse formato, é claro, mas quando os relacionamentos são centrais, um banco de dados de grafos facilita a análise e a descoberta de conexões significativas.

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Pontos principais

Os bancos de dados de grafos são uma categoria de bancos de dados NoSQL criados especificamente para modelar e consultar relações, usando estruturas de grafos de nós e bordas para representar entidades e suas conexões. Confira uma breve visão geral dos principais recursos e benefícios:

  • Consultas de relacionamento: ao contrário dos bancos de dados relacionais que dependem de tabelas e JOINs, os bancos de dados de grafos priorizam consultas centradas em relacionamentos, tornando-os altamente eficientes para explorar dados conectados
  • Flexibilidade: o esquema flexível e a compatibilidade com algoritmos de grafos permitem descobrir padrões, otimizar redes e ter insights mais detalhados de conjuntos de dados complexos
  • Variedade de casos de uso: os casos de uso comuns incluem a criação de grafos de mídias sociais, a detecção de fraudes por meio de conexões anômalas e a otimização da logística ou do planejamento de rotas

O que é um grafo?

Um grafo é um modelo de dados que modela relações entre entidades. Ele consiste em dois componentes principais:

  • Nós: representam entidades como pessoas, produtos, locais ou eventos. Esses são seus dados.
  • Bordas: representam relações entre nós, como amizades em uma plataforma social, conexões entre compradores e produtos adquiridos ou links da cadeia de suprimentos. As bordas também podem incluir propriedades, como carimbos de data/hora ou pesos, adicionando contexto ao relacionamento.

Como funcionam os bancos de dados de grafos?

Pense nos bancos de dados de grafos como um grande jogo de ligar os pontos. Ele armazena suas informações como pontos individuais (nós) e usa linhas (bordas) para mostrar e armazenar diretamente como esses pontos estão relacionados.

A flexibilidade dos bancos de dados de grafos permite que eles representem uma variedade de conexões, desde estruturas hierárquicas (como árvores genealógicas ou organogramas) até redes agrupadas (como recomendações de produtos de e-commerce) e a identificação de nós influentes em redes sociais.

Algoritmos especializados podem melhorar os insights fornecidos pelos gráficos com:

  • Caminho mais curto: otimize rotas na navegação e logística
  • Detecção de comunidade: encontre grupos de nós que estão mais conectados entre si do que com o restante da rede, o que é útil para segmentação de mídias sociais ou detecção de fraudes
  • Classificação de páginas da Web: calcular a importância de um nó com base no número e na qualidade dos links que apontam para ele

Ao usar algoritmos como esses, os bancos de dados de grafos ajudam a transformar relações complexas em estratégias úteis.

Bancos de dados de grafos versus relacionais

Enquanto os bancos de dados relacionais organizam os dados em tabelas estruturadas, os bancos de dados de grafos se concentram nos relacionamentos. Veja algumas das principais diferenças:

Recurso

Bancos de dados relacionais

Bancos de dados de gráficos

Estrutura de dados


Use linhas e colunas em esquemas rigorosos com propriedades predefinidas. Adicionar uma nova relação exige reestruturação.

Modele os dados como nós e bordas, permitindo relações flexíveis sem esquemas predefinidos.

Eficiência da consulta

Confiar em operações JOIN para conectar tabelas, o que pode ficar lento e complexo à medida que o número de relações aumenta.

Percorra as bordas diretamente, tornando-as mais rápidas e intuitivas para consultas focadas em relacionamentos.

Linguagens de consulta

Linguagem de consulta estruturada (SQL) e seus derivados.

Graph Query Language (GQL), Cypher e Gremlin.

Casos de uso

Se destacam em ambientes estruturados e previsíveis, como sistemas financeiros ou gerenciamento de inventário.

Ideal para aplicativos em que os relacionamentos são centrais, como redes sociais, detecção de fraudes ou otimização de rotas.

Recurso

Bancos de dados relacionais

Bancos de dados de gráficos

Estrutura de dados


Use linhas e colunas em esquemas rigorosos com propriedades predefinidas. Adicionar uma nova relação exige reestruturação.

Modele os dados como nós e bordas, permitindo relações flexíveis sem esquemas predefinidos.

Eficiência da consulta

Confiar em operações JOIN para conectar tabelas, o que pode ficar lento e complexo à medida que o número de relações aumenta.

Percorra as bordas diretamente, tornando-as mais rápidas e intuitivas para consultas focadas em relacionamentos.

Linguagens de consulta

Linguagem de consulta estruturada (SQL) e seus derivados.

Graph Query Language (GQL), Cypher e Gremlin.

Casos de uso

Se destacam em ambientes estruturados e previsíveis, como sistemas financeiros ou gerenciamento de inventário.

Ideal para aplicativos em que os relacionamentos são centrais, como redes sociais, detecção de fraudes ou otimização de rotas.

Principais casos de uso de bancos de dados de grafos

Os bancos de dados de grafos geralmente são adequados para aplicativos em que é essencial entender as relações entre os pontos de dados. Confira alguns casos de uso importantes:

Os bancos de dados de grafos oferecem recursos como recomendações de amigos, identificação de influenciadores e detecção de comunidades. Ao analisar o grafo social e as conexões entre usuários, postagens e interações, as plataformas podem oferecer experiências personalizadas e descobrir insights importantes.

No setor financeiro e no e-commerce, os bancos de dados de grafos podem ajudar a detectar padrões fraudulentos mapeando transações, contas e dispositivos. Eles são excelentes em descobrir links ocultos, como contas que compartilham endereços IP ou detalhes de cartão de crédito. Quando um nó está altamente conectado a nós fraudulentos conhecidos, isso levanta suspeitas.

Empresas de transporte e logística usam bancos de dados de grafos para otimizar rotas de entrega. Ao analisar nós (locais) e bordas (rotas), é possível minimizar o tempo de viagem, reduzir custos e melhorar a eficiência.

Para varejistas de e-commerce, os bancos de dados de grafos podem melhorar as recomendações personalizadas ao conectar usuários a produtos com os quais eles interagiram (compraram, visualizaram, avaliaram) e a outros produtos ou usuários semelhantes com base nessas interações.

Comparação dos principais bancos de dados de grafos

Há vários fornecedores de bancos de dados de grafos, com produtos que oferecem recursos diferentes para atender a casos de uso específicos.

Além de fornecedores de bancos de dados de grafos dedicados, também estão disponíveis extensões de grafos para bancos de dados tradicionais. O Spanner Graph, por exemplo, é um produto de banco de dados de grafos do Google Cloud, criado com base no banco de dados relacional Spanner de escala global. Ele combina consistência forte, escalonabilidade horizontal e implantações multirregionais.

Neo4j

O Neo4j é um banco de dados de grafos criado especificamente para essa finalidade, disponível no Google Cloud, que oferece alto desempenho para consultas complexas, como cálculos de caminho mais curto e detecção de comunidade. Ele usa uma linguagem de consulta otimizada para grafos e é adequado para visualizar relações para insights úteis.

AWS Neptune

O AWS Neptune é um serviço de banco de dados de grafos da Amazon Web Services. Ele é compatível com modelos de grafos conhecidos, como grafos de propriedade e grafos RDF.

Enterprise Knowledge Graph

Embora não seja um banco de dados, o Enterprise Knowledge Graph (EKG) é uma solução do Google Cloud que usa princípios de grafos para consolidar, padronizar e reconciliar dados corporativos fragmentados de várias fontes. Ele ajuda a criar um modelo de grafo unificado e semanticamente rico do conhecimento de uma organização, que pode ser usado para alimentar aplicativos avançados de IA, pesquisa contextual e uma visão completa de 360 graus de entidades como clientes ou produtos.

Spanner Graph

O banco de dados Spanner do Google Cloud combina recursos relacionais e de grafos com o Spanner Graph, oferecendo consistência global, escalonabilidade horizontal e a flexibilidade para gerenciar dados de grafos e relacionais em um ambiente unificado, o que o torna ideal para implantações diversas e em grande escala.

Você pode adotar diferentes tipos de bancos de dados de grafos dependendo das suas necessidades. Soluções dedicadas como o Neo4j ou o AWS Neptune se concentram exclusivamente em operações nativas de grafos, enquanto bancos de dados multimodelo como o Spanner Graph combinam modelos relacionais e de grafos em um único sistema, oferecendo flexibilidade para diversas necessidades de dados.

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Perguntas frequentes sobre bancos de dados de grafos

Os nós representam entidades individuais, como pessoas, produtos ou locais. As bordas são as conexões ou relações entre esses nós, como uma amizade, uma compra ou uma rota entre dois locais.

Pode ser benéfico usar um banco de dados de grafos quando as relações entre os dados são tão importantes quanto os próprios dados. Um banco de dados de grafos é significativamente mais rápido e intuitivo para casos de uso como redes sociais, mecanismos de recomendação e detecção de fraudes, em que é necessário analisar conexões complexas.

Para muitos aplicativos modernos, você pode precisar dos dois. Pense no seu banco de dados relacional (como PostgreSQL ou MySQL) como a base sólida da sua arquitetura de dados. Ele é muito confiável para armazenar os fatos principais da sua empresa (clientes, produtos e transações) com forte integridade de dados.

Se você também precisar entender as relações complexas e mutáveis entre esses fatos, um banco de dados de grafos será útil. Ele foi criado para responder a perguntas sobre conexões que são mais complicadas para um banco de dados relacional, como "Quais clientes foram influenciados por esta campanha de marketing?".

Os dois bancos de dados podem formar uma parceria poderosa. Seu banco de dados relacional armazena o "o quê" (o cliente, o produto), enquanto o banco de dados de grafos explora o "como" (como esse cliente está conectado a outros clientes e produtos).

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Benefícios dos bancos de dados de grafos

Os bancos de dados de grafos são projetados para lidar com dados altamente conectados, oferecendo vantagens que podem torná-los essenciais para aplicativos focados em relacionamentos. Confira alguns dos principais benefícios:

Consultas mais rápidas para dados conectados

Ao percorrer diretamente as bordas em vez de depender de operações JOIN caras, os bancos de dados de grafos oferecem um desempenho mais rápido e eficiente para consultas com muitos relacionamentos, como descobrir o caminho mais curto ou detectar clusters.

Escalonabilidade para redes em crescimento

Os bancos de dados de grafos lidam com conjuntos de dados grandes e em evolução de maneira integrada, o que os torna ideais para setores com modelos de dados dinâmicos, como mídias sociais, finanças e telecomunicações.

Flexibilidade na estrutura de dados

Com designs sem esquema, os bancos de dados de grafos permitem adições ou alterações fáceis em nós e bordas sem exigir uma reorganização significativa. Essa flexibilidade é útil em cenários em que a natureza das relações de dados muda com frequência.

Análises e insights especializados

Os bancos de dados de grafos são compatíveis com algoritmos avançados, como detecção de comunidade e análise de links, para extrair insights úteis de relacionamentos complexos. Esses recursos são essenciais para descobrir padrões ocultos e tomar decisões baseadas em dados.

Modelagem de relacionamento intuitiva

Os bancos de dados de grafos usam nós e bordas para espelhar relacionamentos do mundo real, facilitando a representação e a análise de redes complexas, como interações sociais, cadeias de suprimentos ou sistemas de recomendação.

Consciência contextual aprimorada

Ao armazenar o significado e o tipo de relações, e não apenas os dados, os bancos de dados de grafos permitem que os sistemas (principalmente na IA) tenham uma compreensão mais profunda dos dados, o que pode ser essencial para tarefas como pesquisa contextual precisa e embasamento de modelos de IA em fatos verificáveis.

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