【python视图1】networkx操作Graph图

admin管理员组

文章数量:1565350

目录

一、说明

二、生成图（Creating a graph）

2.1 创建一个没有节点和边的空图。

2.2 在空图追加节点

2.3 追加边（Edges）

 2.4 删除节点

2.5 查询

三、使用图内节点和边（nodes and edges）

3.1 访问边（edges）

3.2 给图节点边 graphs, nodes, and edges加属性

3.2.1 给图加属性（Graph attributes）

3.2.2 节点属性（Node attributes）

3.2.3 节点属性Edge Attributes

四、多种有向图

4.1 有向图Directed graphs

4.2 多向图（Multigraphs）

五、图生成和图操作（generators and graph operations）

六、图论函数分析Analyzing graphs

七 画图函数Drawing graphs

---

一、说明

        数据可视化需要显示种种数据，matplotlib负责曲线类画图，然而类似于图论的操作用什么方法。这里用networkx程序包完成。本文专门介绍这种程序包的用法。

二、生成图（Creating a graph）

2.1 创建一个没有节点和边的空图。

import networkx as nx
G = nx.Graph()

注释

        根据定义，图是节点（顶点）以及已识别的节点对（称为边、链接等）的集合。在 NetworkX 中，节点可以是任何可哈希对象，例如文本字符串、图像、XML 对象、另一个图形、自定义节点对象等。

        Python 的 None 对象不应用作节点，因为它确定是否已在许多函数中分配可选函数参数。

2.2 在空图追加节点

        图 G 可以通过多种方式增长。 NetworkX 包括许多图形生成器函数和设施，用于以多种格式读取和写入图形。开始之前，我们先看看简单的操作。

•  您可以一次添加一个节点，

 G.add_node(1)

示例1： 追加节点 

import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt
G = nx.Graph()
G.add_node(1)
G.add_node(2)
G.add_node(3)
nx.draw(G, node_color='green')
plt.show()

• 添加节点列表

G.add_nodes_from([2, 3])

 示例2： 追加节点 

# import required module
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt

G = nx.Graph()
G.add_nodes_from([0,1,2, 3,4])
nx.draw(G, node_color='green')
plt.show()

• 或添加任何 nbunch 节点。 nbunch 是节点的任何可迭代容器，它本身不是图中的节点。 （例如列表、集合、图形、文件等。）

H = nx.path_graph(10)
G.add_nodes_from(H)

示例3：

# import required module
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt

G = nx.Graph()
# G.add_nodes_from([0,1,2, 3,4])
H = nx.path_graph(10)
G.add_nodes_from(H)
nx.draw(G, node_color='green')
plt.show()

        请注意，G 现在包含 H 的节点作为 G 的节点。相比之下，您可以使用图 H 作为 G 中的节点。

>>> G.add_node(H)

        图 G 现在包含 H 作为节点。这种灵活性非常强大，因为它允许图形的图形、文件的图形、函数的图形等等。值得考虑如何构建应用程序以使节点成为有用的实体。当然，您始终可以在 G 中使用唯一标识符，并且如果您愿意，可以使用一个单独的字典将标识符键入节点信息。

2.3 追加边（Edges）

• G 也可以通过一次添加一条边来增长，

>>> G.add_edge(1, 2)
>>> e = (2, 3)
>>> G.add_edge(*e)  # unpack edge tuple*

通过添加边列表。

G.add_edges_from([(1, 2), (1, 3)])
示例：

# import required module
import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt

G = nx.Graph()
# G.add_nodes_from([0,1,2, 3,4])
H = nx.path_graph(10)
G.add_nodes_from(H)
G.add_edges_from([(1, 2), (1, 3)])
nx.draw(G, node_color='green')
plt.show()

        或通过添加任何 ebunch 边。 ebunch 是边元组的任何可迭代容器。边元组可以是节点的 2 元组或具有 2 个节点的 3 元组，后跟边属性字典，例如，(2, 3, {'weight': 3.1415})。边缘属性将在下面进一步讨论

>>> G.add_edges_from(H.edges())

 2.4 删除节点

        人们可以用类似的方式拆除图表；使用 Graph.remove_node()、Graph.remove_nodes_from()、Graph.remove_edge() 和 Graph.remove_edges_from()，例如

G.remove_node(H)

        添加现有节点或边缘时没有任何抱怨。例如，删除所有节点和边后

>>> G.clear()

        我们添加新的节点/边，NetworkX 悄悄地忽略任何已经存在的。

>>> G.add_edges_from([(1, 2), (1, 3)])
>>> G.add_node(1)
>>> G.add_edge(1, 2)
>>> G.add_node("spam")        # adds node "spam"
>>> G.add_nodes_from("spam")  # adds 4 nodes: 's', 'p', 'a', 'm'
 

2.5 查询

        在此阶段，图 G 由 8 个节点和 2 条边组成，如下所示：

>>> G.number_of_nodes()
8
>>> G.number_of_edges()
2

        我们可以检查节点和边。这些方法返回节点、边、邻居等的迭代器。这通常可以提高内存效率，但这确实意味着我们需要指定将对象放入的容器类型。这里我们使用列表、集合、字典、元组和其他容器在其他情况下可能更好。

>>> list(G.nodes())
['a', 1, 2, 3, 'spam', 'm', 'p', 's']
>>> list(G.edges())
[(1, 2), (1, 3)]
>>> list(G.neighbors(1))
[2, 3]

        删除节点或边的语法与添加类似：

>>> G.remove_nodes_from("spam")
>>> list(G.nodes())
[1, 2, 3, 'spam']
>>> G.remove_edge(1, 3)

        通过实例化其中一个图形类来创建图形结构时，您可以指定多种格式的数据。

>>> H=nx.DiGraph(G)   # create a DiGraph using the connections from G
>>> list(H.edges())
[(1, 2), (2, 1)]
>>> edgelist=[(0, 1), (1, 2), (2, 3)]
>>> H=nx.Graph(edgelist)
 

三、使用图内节点和边（nodes and edges）

        您可能会注意到节点和边未指定为 NetworkX 对象。这使您可以自由地使用有意义的项目作为节点和边缘。最常见的选择是数字或字符串，但节点可以是任何可哈希对象（None 除外），并且边可以使用 G.add_edge(n1, n2, object=x) 与任何对象 x 相关联。

        例如，n1 和 n2 可能是来自 RCSB 蛋白质数据库的蛋白质对象，x 可能指的是一份 XML 出版物记录，详细描述了它们相互作用的实验观察结果。

        我们发现这种能力非常有用，但除非熟悉 Python，否则滥用它可能会导致意想不到的意外。如有疑问，请考虑使用 convert_node_labels_to_integers() 来获得更传统的带有整数标签的图。

3.1 访问边（edges）

        除了 Graph.nodes()、Graph.edges() 和 Graph.neighbors() 方法之外，还可以使用下标表示法快速直接访问图形数据结构。

        警告：不要更改返回的字典——它是图形数据结构的一部分，直接操作可能会使图形处于不一致的状态。

>>> G[1]  # Warning: do not change the resulting dict
{2: {}}
>>> G[1][2]
{}

        如果边已经存在，您可以使用下标符号安全地设置边的属性。

>>> G.add_edge(1, 3)
>>> G[1][3]['color'] = "blue"

        使用邻接迭代器可以快速检查所有边。请注意，对于无向图，这实际上会查看每条边两次。

>>> FG = nx.Graph()
>>> FG.add_weighted_edges_from([(1, 2, 0.125), (1, 3, 0.75), (2, 4, 1.2), (3, 4, 0.375)])
>>> for n, nbrs in FG.adjacency():
...    for nbr, eattr in nbrs.items():
...        data = eattr['weight']
...        if data < 0.5: print('(%d, %d, %.3f)' % (n, nbr, data))
(1, 2, 0.125)
(2, 1, 0.125)
(3, 4, 0.375)
(4, 3, 0.375)

        使用 edges 方法可以方便地访问所有边。

>>> for (u, v, d) in FG.edges(data='weight'):
...     if d < 0.5: print('(%d, %d, %.3f)' % (u, v, d))
(1, 2, 0.125)
(3, 4, 0.375)

3.2 给图节点边 graphs, nodes, and edges加属性

        权重、标签、颜色或您喜欢的任何 Python 对象等属性都可以附加到图形、节点或边上。

        每个图、节点和边都可以在关联的属性字典中保存键/值属性对（键必须是可散列的）。默认情况下，这些是空的，但可以使用 add_edge、add_node 或直接操作名为 G.graph、G.node 和 G.edge 的属性字典来添加或更改图 G 的属性。

3.2.1 给图加属性（Graph attributes）

        创建新图时分配图属性

>>> G = nx.Graph(day="Friday")
>>> G.graph
{'day': 'Friday'}

        或者您可以稍后修改属性

>>> G.graph['day'] = "Monday"
>>> G.graph
{'day': 'Monday'}

3.2.2 节点属性（Node attributes）

        使用 add_node()、add_nodes_from() 或 G.node 添加节点属性

>>> G.add_node(1, time='5pm')
>>> G.add_nodes_from([3], time='2pm')
>>> G.node[1]
{'time': '5pm'}
>>> G.node[1]['room'] = 714
>>> list(G.nodes(data=True))
[(1, {'room': 714, 'time': '5pm'}), (3, {'time': '2pm'})]

        请注意，将节点添加到 G.node 不会将其添加到图中，请使用 G.add_node() 添加新节点。

3.2.3 节点属性Edge Attributes

        使用 add_edge()、add_edges_from()、下标符号或 G.edge 添加边缘属性。

>>> 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

        特殊属性 weight 应该是数字，并保存需要加权边的算法使用的值。

        警告： 不要为 G.edge[u] 或 G.edge[u][v] 分配任何东西，因为它会破坏图形数据结构。如上所示更改边缘字典。

四、多种有向图

4.1 有向图Directed graphs

        无向图和有向图唯一区别是：在生成图的时候可以选择Graph和DiGraph。

        DiGraph 类提供了特定于有向边的其他方法，例如，

• DiGraph.out_edges() 
• DiGraph.in_degree() 
• DiGraph.predecessors() 
• DiGraph.successors()  

        为了让算法轻松地与这两个类一起工作，有向neighbors() 和 degree() 的版本分别等同于 successors() 以及 in_degree() 和 out_degree() 的总和，尽管有时感觉不一致。

>>> DG = nx.DiGraph()
>>> DG.add_weighted_edges_from([(1, 2, 0.5), (3, 1, 0.75)])
>>> DG.out_degree(1, weight='weight')
0.5
>>> DG.degree(1, weight='weight')
1.25
>>> DG.successors(1)
[2]
>>> DG.neighbors(1)
[2]

        一些算法仅适用于有向图，而其他算法则没有为有向图很好地定义。事实上，将有向图和无向图混为一谈的趋势是危险的。如果您想将有向图视为无向图以进行某些测量，您应该使用 Graph.to_undirected() 或

H = nx.Graph(G)    # convert G to undirected graph

4.2 多向图（Multigraphs）

        允许有向图有双向边，就是多向图。

        NetworkX 为图提供类，允许任意一对节点之间存在多条边。 MultiGraph 和 MultiDiGraph 类允许您添加相同的边两次，可能使用不同的边数据。这对于某些应用程序来说可能很强大，但许多算法在此类图形上的定义并不明确。在结果定义明确的情况下，例如 MultiGraph.degree() 我们提供该函数。否则，您应该以明确定义测量的方式转换为标准图形。

>>> MG = nx.MultiGraph()
>>> MG.add_weighted_edges_from([(1, 2, 0.5), (1, 2, 0.75), (2, 3, 0.5)])
>>> dict(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)
...
>>> nx.shortest_path(GG, 1, 3)
[1, 2, 3]

五、图生成和图操作（generators and graph operations）

        除了逐个节点或逐条边构建图外，它们还可以通过以下方式生成

1. 应用经典的图形操作，例如:

   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
   

2. 使用对经典小图之一的调用，例如，

>>> peterseni = nx.petersen_graph()
>>> tutte = nx.tutte_graph()
>>> maze = nx.sedgewick_maze_graph()
>>> tet = nx.tetrahedral_graph()

        3. 对经典图使用（建设性的）生成器，例如.,

>>> K_5 = nxplete_graph(5)
>>> K_3_5 = nxplete_bipartite_graph(3, 5)
>>> barbell = nx.barbell_graph(10, 10)
>>> lollipop = nx.lollipop_graph(10, 20)

        4. 使用随机图形生成器，例如,

>>> er = nx.erdos_renyi_graph(100, 0.15)
>>> ws = nx.watts_strogatz_graph(30, 3, 0.1)
>>> ba = nx.barabasi_albert_graph(100, 5)
>>> red = nx.random_lobster(100, 0.9, 0.9)

        5. 使用常见的图形格式读取存储在文件中的图形，例如边列表、邻接列表、GML、GraphML、pickle、LEDA 等。

>>> nx.write_gml(red, "path.to.file")
>>> mygraph = nx.read_gml("path.to.file")


        参考1: Reading and writing graphs

        参考2: Graph generators

六、图论函数分析Analyzing graphs

G 的结构可以使用各种图论函数进行分析，例如：

>> G = nx.Graph()
>>> G.add_edges_from([(1, 2), (1, 3)])
>>> G.add_node("spam")       # adds node "spam"
>>> list(nx.connected_components(G))
[{1, 2, 3}, {'spam'}]
>>> sorted(d for n, d in G.degree())
[0, 1, 1, 2]
>>> nx.clustering(G)
{1: 0.0, 2: 0.0, 3: 0.0, 'spam': 0.0}

        返回节点属性的函数返回节点上的迭代器，值 2 元组。如果您愿意，这些可以很容易地存储在字典结构中。

>>> dict(nx.degree(G))
{1: 2, 2: 1, 3: 1, 'spam': 0}

        对于特定节点的值，您可以提供单个节点或 nbunch 节点作为参数。如果指定单个节点，则返回单个值。如果指定了 nbunch，则该函数将返回一个字典。

>>> nx.degree(G, 1)
2
>>> G.degree(1)
2
>>> dict(G.degree([1, 2]))
{1: 2, 2: 1}
>>> sorted(d for n, d in G.degree([1, 2]))
[1, 2]
>>> sorted(d for n, d in G.degree())
[0, 1, 1, 2]s

算法 Algorithms

资料: Algorithms

七 画图函数Drawing graphs

        NetworkX 主要不是图形绘制包，而是包括使用 Matplotlib 的基本绘图以及使用开源 Graphviz 软件包的界面。这些是 networkx.drawing 模块的一部分，如果可能将被导入。有关详细信息，请参阅绘图。

        首先导入Matplotlib的plot接口（pylab也行）

>>> import matplotlib.pyplot as plt

        您可能会发现使用“ipython -pylab”交互式测试代码很有用，它结合了 ipython 和 matplotlib 的强大功能，并提供了一种方便的交互模式。

        要测试 networkx.drawing 的导入是否成功，请使用以下方法之一绘制 G

>>> nx.draw(G)
>>> nx.draw_random(G)
>>> nx.draw_circular(G)
>>> nx.draw_spectral(G)

绘制到交互式显示器时。请注意，您可能需要发布一个 Matplotlib

>>> plt.show()

        如果您不在交互模式下使用 matplotlib，则命令：（请参阅 Matplotlib 常见问题解答）

        要将图纸保存到文件，请使用，例如

>>> nx.draw(G)
>>> plt.savefig("path.png")

        写入本地目录中的文件“path.png”。如果 Graphviz 和 PyGraphviz 或 pydot 在您的系统上可用，您还可以使用 nx_agraph.graphviz_layout(G) 或 nx_pydot.graphviz_layout(G) 来获取节点位置，或以点格式编写图形以进行进一步处理。

>>> pos = nx.nx_agraph.graphviz_layout(G)
>>> nx.draw(G, pos=pos)
>>> nx.write_dot(G,'file.dot')
参考graphs: Drawing

import networkx
import matplotlib.pyplot as plt

# create object
G = networkx.lollipop_graph(5, 3)

# illustrate graph
networkx.draw(G, node_color='green')
plt.show()

 结果：

•  lollipop_graph是棒糖图的函数
• G = networkx.lollipop_graph(5, 3) 该语句生成一个图,
• 全连接的是5个节点，3个节点是单联图。节点总数是8.
• 显示的时候节点位置是随机的。

Graph | NetworkX 入门教程 - 知乎 (zhihu)

本文标签： 视图操作PythonGraphnetworkx