Graph representations have gained importance in almost every scientific field, ranging from mathematics, biology, social sciences and physics to computer science. In contrast to other data formats, graphs propose the possibility to model relations between entities. Together with the continuously rising amount of available data, graphs therefore open up a wide range of modeling capabilities for theoretical and real-world problems. However, the modeling possibilities of graphs have not been fully exploited. One reason for this is that there is neither an easily comprehensible overview of graph types nor an analysis of their modeling capacities available. As a result, neither the potential of modeling with certain graph types is exhausted nor higher modeling freedom and more efficient computing of graphs after transformation to another graph type is in scope of view of many users. In order to clarify the modeling possibilities of graphs, we order the different graph types, collate their memory complexity and provide an expressivity measure on them. Furthermore, we introduce transformation algorithms between the graph types from which equal expressivity of all graph types can be inferred, i.e., they are able to represent the same information or properties respectively. Finally, we provide a guideline for the question when a graph type transformation is efficient by defining a cost function dependend on the memory complexity and the transformation runtime as a decision-making tool.


翻译:从数学、生物学、社会科学和物理学到计算机科学,几乎所有科学领域,从数学、生物学、社会科学和物理到计算机科学,图示都越来越重要。与其他数据格式不同,图表提出了建立实体关系模型的可能性。与不断上升的现有数据相比,图表因此为理论问题和现实世界问题打开了广泛的建模能力。然而,图示的建模可能性尚未得到充分利用。其中一个原因是,从图表类型来看,没有易于理解的图表类型概览,也没有对其现有建模能力的分析。结果,某些图形类型建模的潜力都无法耗尽,在转换为另一种图形之后,更高级的建模自由以及更高效的图形计算也不可能成为许多用户的视野。为了澄清图形的建模可能性,我们为不同的图表类型订购了不同的建模能力,整理了它们的记忆复杂性,并为它们提供了一个直观度度测量。此外,我们引入了图表类型之间的转换算法,从中可以推断出所有图表类型具有同等的直观性,也就是说,它们无法分别代表相同的信息或属性。最后,我们为一个问题提供了指南,当一个决定型号类型变的复杂度取决于如何操作的模型的复杂度,从而确定一个决定工具类型转变取决于如何决定的复杂度,从而取决于如何转换。

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