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發(fā)現(xiàn)一個寶藏Python庫,玩社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法的不能錯過!

來源:千鋒教育
發(fā)布人:wjy
時間: 2023-01-13 10:41:00 1673577660

  網(wǎng)絡(luò)是由一些緊密相連的節(jié)點組成的,并且根據(jù)不同節(jié)點之間連接的緊密程度,網(wǎng)絡(luò)也可視為由不同簇組成。簇內(nèi)的節(jié)點之間有著更為緊密的連接,不同簇之間的連接則相對稀疏。這種簇被稱為網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)結(jié)構(gòu)(community structure)。

  由此衍生出來的社區(qū)發(fā)現(xiàn)(community detection)算法用來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)結(jié)構(gòu),這類算法包括 Louvain 算法、Girvan-Newman 算法以及 Bron-Kerbosch 算法等。

  最近,在 GitHub 上發(fā)現(xiàn)了一個可以發(fā)現(xiàn)圖中社區(qū)結(jié)構(gòu)的 Python 庫 communities,該庫由軟件工程師 Jonathan Shobrook 創(chuàng)建。

寶藏 Python 庫1

  項目地址:https://github.com/shobrook/communities

  首先,該庫可以實現(xiàn)以下幾種社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法:

  Louvain 算法

  Girvan-Newman 算法

  層次聚類

  譜聚類

  Bron-Kerbosch 算法

  其次,用戶還可以使用 communities 庫來可視化上述幾種算法。

  該庫的安裝方法也非常簡單,可采用 pip 的方式安裝 communities,代碼如下:

寶藏 Python 庫2

  對于這個 Python 庫,很多網(wǎng)友給予了高度評價,表示會去嘗試。

寶藏 Python 庫3

  算法詳解

  1、Louvain 算法

寶藏 Python 庫4

  該算法來源于文章《Fast unfolding of communities in large networks》,簡稱為 Louvian。

  作為一種基于模塊度(Modularity)的社區(qū)發(fā)現(xiàn)算法,Louvain 算法在效率和效果上都表現(xiàn)比較好,并且能夠發(fā)現(xiàn)層次性的社區(qū)結(jié)構(gòu),其優(yōu)化的目標是最大化整個圖屬性結(jié)構(gòu)(社區(qū)網(wǎng)絡(luò))的模塊度。

  Louvain 算法對最大化圖模塊性的社區(qū)進行貪婪搜索。如果一個圖具有高密度的群體內(nèi)邊緣和低密度的群體間邊緣,則稱之為模圖。

  示例代碼如下:

寶藏 Python 庫5

  2、Girvan-Newman 算法

寶藏 Python 庫6

  該算法來源于文章《Community structure in social and biological networks》。

  Girvan-Newman 算法迭代刪除邊以創(chuàng)建更多連接的組件。每個組件都被視為一個 community,當模塊度不能再增加時,算法停止去除邊緣。

  示例代碼如下:

寶藏 Python 庫7

  3、層次聚類

寶藏 Python 庫8

  層次聚類實現(xiàn)了一種自底向上、分層的聚類算法。每個節(jié)點從自己 的社區(qū)開始,然后,隨著層次結(jié)構(gòu)的建立,最相似的社區(qū)被合并。社區(qū)會一直被合并,直到在模塊度方面沒有進一步的進展。

  示例代碼如下:

寶藏 Python 庫9

  4、譜聚類

寶藏 Python 庫10

  這種類型的算法假定鄰接矩陣的特征值包含有關(guān)社區(qū)結(jié)構(gòu)的信息。

  示例代碼如下:

寶藏 Python 庫11

  5、Bron-Kerbosch 算法

寶藏 Python 庫12

  Bron-Kerbosch 算法實現(xiàn)用于最大團檢測(maximal clique detection)。圖中的最大團是形成一個完整圖的節(jié)點子集,如果向該子集中添加其他節(jié)點,則它將不再完整。將最大團視為社區(qū)是合理的,因為團是圖中連接最緊密的節(jié)點群。因為一個節(jié)點可以是多個社區(qū)的成員,所以該算法有時會識別重疊的社區(qū)。

  示例代碼如下:

寶藏 Python 庫13

  可視化

  繪圖

寶藏 Python 庫14

  可視化圖(graph),將節(jié)點分組至它們所屬的社區(qū)和顏色編碼中。返回代表繪圖的 matplotlib.axes.Axes。示例代碼如下:

寶藏 Python 庫15

  可視化圖如下:

寶藏 Python 庫16

  Louvain 算法的動圖展示

寶藏 Python 庫17

  Louvain 算法在圖中的應(yīng)用可以實現(xiàn)動圖展示,其中每個節(jié)點的顏色代表其所屬的社區(qū),并且同一社區(qū)中的節(jié)點聚類結(jié)合在一起。

  示例代碼如下:

寶藏 Python 庫18

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