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python networkx 包繪制復雜網絡關系圖的實現

發布時間:2020-10-07 00:06:05 來源:腳本之家 閱讀:246 作者:Forget_ever 欄目:開發技術

1. 創建一個圖

import networkx as nx
g = nx.Graph()
g.clear() #將圖上元素清空

所有的構建復雜網絡圖的操作基本都圍繞這個g來執行。

2. 節點

節點的名字可以是任意數據類型的,添加一個節點是

g.add_node(1)
g.add_node("a")
g.add_node("spam")

添加一組節點,就是提前構建好了一個節點列表,將其一次性加進來,這跟后邊加邊的操作是具有一致性的。

g.add_nodes_from([2,3])
or 
a = [2,3]
g.add_nodes_from(a)

這里需要值得注意的一點是,對于add_node加一個點來說,字符串是只添加了名字為整個字符串的節點。但是對于

add_nodes_from加一組點來說,字符串表示了添加了每一個字符都代表的多個節點,exp:
g.add_node("spam") #添加了一個名為spam的節點
g.add_nodes_from("spam") #添加了4個節點,名為s,p,a,m
g.nodes() #可以將以上5個節點打印出來看看

加一組從0開始的連續數字的節點

H = nx.path_graph(10)
g.add_nodes_from(H) #將0~9加入了節點
#但請勿使用g.add_node(H)

刪除節點

與添加節點同理

g.remove_node(node_name)
g.remove_nodes_from(nodes_list)

3. 邊

邊是由對應節點的名字的元組組成,加一條邊

g.add_edge(1,2)
e = (2,3)
g.add_edge(*e) #直接g.add_edge(e)數據類型不對,*是將元組中的元素取出

加一組邊

g.add_edges_from([(1,2),(1,3)])
g.add_edges_from([("a","spam") , ("a",2)])

通過nx.path_graph(n)加一系列連續的邊

n = 10
H = nx.path_graph(n)
g.add_edges_from(H.edges()) #添加了0~1,1~2 ... n-2~n-1這樣的n-1條連續的邊

刪除邊

同理添加邊的操作

g.remove_edge(edge)
g.remove_edges_from(edges_list)

4. 查看圖上點和邊的信息

g.number_of_nodes() #查看點的數量
g.number_of_edges() #查看邊的數量
g.nodes() #返回所有點的信息(list)
g.edges() #返回所有邊的信息(list中每個元素是一個tuple)
g.neighbors(1) #所有與1這個點相連的點的信息以列表的形式返回
g[1] #查看所有與1相連的邊的屬性,格式輸出:{0: {}, 2: {}} 表示1和0相連的邊沒有設置任何屬性(也就是{}沒有信息),同理1和2相連的邊也沒有任何屬性

method explanation
Graph.has_node(n) Return True if the graph contains the node n.
Graph.__contains__(n) Return True if n is a node, False otherwise.
Graph.has_edge(u, v) Return True if the edge (u,v) is in the graph.
Graph.order() Return the number of nodes in the graph.
Graph.number_of_nodes() Return the number of nodes in the graph.
Graph.__len__() Return the number of nodes.
Graph.degree([nbunch, weight]) Return the degree of a node or nodes.
Graph.degree_iter([nbunch, weight]) Return an iterator for (node, degree).
Graph.size([weight]) Return the number of edges.
Graph.number_of_edges([u, v]) Return the number of edges between two nodes.
Graph.nodes_with_selfloops() Return a list of nodes with self loops.
Graph.selfloop_edges([data, default]) Return a list of selfloop edges.
Graph.number_of_selfloops() Return the number of selfloop edges.

5. 圖的屬性設置

為圖賦予初始屬性

g = nx.Graph(day="Monday") 
g.graph # {'day': 'Monday'}

修改圖的屬性

g.graph['day'] = 'Tuesday'
g.graph # {'day': 'Tuesday'}

6. 點的屬性設置

g.add_node('benz', money=10000, fuel="1.5L")
print g.node['benz'] # {'fuel': '1.5L', 'money': 10000}
print g.node['benz']['money'] # 10000
print g.nodes(data=True) # data默認false就是不輸出屬性信息,修改為true,會將節點名字和屬性信息一起輸出

7. 邊的屬性設置

通過上文中對g[1]的介紹可知邊的屬性在{}中顯示出來,我們可以根據這個秀改變的屬性

g.clear()
n = 10
H = nx.path_graph(n)
g.add_nodes_from(H)
g.add_edges_from(H.edges())
g[1][2]['color'] = 'blue'

g.add_edge(1, 2, weight=4.7)
g.add_edges_from([(3,4),(4,5)], color='red')
g.add_edges_from([(1,2,{'color':'blue'}), (2,3,{'weight':8})])
g[1][2]['weight'] = 4.7
g.edge[1][2]['weight'] = 4

8. 不同類型的圖(有向圖Directed graphs , 重邊圖 Multigraphs)

Directed graphs

DG = nx.DiGraph()
DG.add_weighted_edges_from([(1,2,0.5), (3,1,0.75), (1,4,0.3)]) # 添加帶權值的邊
print DG.out_degree(1) # 打印結果:2 表示:找到1的出度
print DG.out_degree(1, weight='weight') # 打印結果:0.8 表示:從1出去的邊的權值和,這里權值是以weight屬性值作為標準,如果你有一個money屬性,那么也可以修改為weight='money',那么結果就是對money求和了
print DG.successors(1) # [2,4] 表示1的后繼節點有2和4
print DG.predecessors(1) # [3] 表示只有一個節點3有指向1的連邊

Multigraphs

簡答從字面上理解就是這種復雜網絡圖允許你相同節點之間允許出現重邊

MG=nx.MultiGraph()
MG.add_weighted_edges_from([(1,2,.5), (1,2,.75), (2,3,.5)])
print MG.degree(weight='weight') # {1: 1.25, 2: 1.75, 3: 0.5}
GG=nx.Graph()
for n,nbrs in MG.adjacency_iter():
 for nbr,edict in nbrs.items():
  minvalue=min([d['weight'] for d in edict.values()])
  GG.add_edge(n,nbr, weight = minvalue)

print nx.shortest_path(GG,1,3) # [1, 2, 3]

9.  圖的遍歷

g = nx.Graph()
g.add_weighted_edges_from([(1,2,0.125),(1,3,0.75),(2,4,1.2),(3,4,0.375)])
for n,nbrs in g.adjacency_iter(): #n表示每一個起始點,nbrs是一個字典,字典中的每一個元素包含了這個起始點連接的點和這兩個點連邊對應的屬性
 print n, nbrs
 for nbr,eattr in nbrs.items():
  # nbr表示跟n連接的點,eattr表示這兩個點連邊的屬性集合,這里只設置了weight,如果你還設置了color,那么就可以通過eattr['color']訪問到對應的color元素
  data=eattr['weight']
  if data<0.5: print('(%d, %d, %.3f)' % (n,nbr,data))

10. 圖生成和圖上的一些操作

下方的這些操作都是在networkx包內的方法

subgraph(G, nbunch)  - induce subgraph of G on nodes in nbunch
union(G1,G2)    - graph union
disjoint_union(G1,G2) - graph union assuming all nodes are different
cartesian_product(G1,G2) - return Cartesian product graph
compose(G1,G2)   - combine graphs identifying nodes common to both
complement(G)   - graph complement
create_empty_copy(G)  - return an empty copy of the same graph class
convert_to_undirected(G) - return an undirected representation of G
convert_to_directed(G) - return a directed representation of G

11. 圖上分析

g = nx.Graph()
g.add_edges_from([(1,2), (1,3)])
g.add_node("spam") 
nx.connected_components(g) # [[1, 2, 3], ['spam']] 表示返回g上的不同連通塊
sorted(nx.degree(g).values()) 

通過構建權值圖,可以直接快速利用dijkstra_path()接口計算最短路程

>>> G=nx.Graph()
>>> e=[('a','b',0.3),('b','c',0.9),('a','c',0.5),('c','d',1.2)]
>>> G.add_weighted_edges_from(e)
>>> print(nx.dijkstra_path(G,'a','d'))
['a', 'c', 'd']

12. 圖的繪制

下面是4種圖的構造方法,選擇其中一個

nx.draw(g)
nx.draw_random(g) #點隨機分布
nx.draw_circular(g) #點的分布形成一個環
nx.draw_spectral(g)

最后將圖形表現出來

import matplotlib.pyplot as plt
plt.show()

將圖片保存到下來

nx.draw(g)
plt.savefig("path.png")

修改節點顏色,邊的顏色

g = nx.cubical_graph()
nx.draw(g, pos=nx.spectral_layout(g), nodecolor='r', edge_color='b')
plt.show()

13. 圖形種類的選擇

Graph Type NetworkX Class
簡單無向圖 Graph()
簡單有向圖 DiGraph()
有自環 Grap(),DiGraph()
有重邊 MultiGraph(), MultiDiGraph()

reference:https://networkx.github.io/documentation/networkx-1.10/reference/classes.html

以上就是本文的全部內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持億速云。

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