最近，又有一款Python可視化工具火了。

這一次，功能是針對圖聚類問題的社群結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測、可視化。

該項目的帖子在reddit上一經(jīng)發(fā)布，就被頂?shù)搅?ldquo;機器學(xué)習(xí)板塊”的榜首。

一起來看看它究竟都能用來做什么吧~

功能亮點

這款工具叫做communities， 是一個Python庫，用于圖聚類問題的社群結(jié)構(gòu)檢測。

它支持多種算法，包括：

•  Louvain算法；
•  Girvan-Newman算法；
•  層次聚類算法；
•  光譜聚類算法；
•  Bron-Kerbosch算法。

更贊的是，communities還可以實現(xiàn)這些算法的可視化。

具體了解一下～

導(dǎo)入算法并插入矩陣

這里以Louvain算法為例。

這是一種基于模塊度的社群發(fā)現(xiàn)算法，也是貪心算法。

它根據(jù)頂點的共享邊將頂點排列成社群結(jié)構(gòu)，也就是說，它將節(jié)點分為幾個社群，每個社群之間共享很少的連接，但是同一社群的節(jié)點之間共享許多連接。

最終，讓整個社群網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出一種模塊聚集的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)整個社群網(wǎng)絡(luò)的模塊度的最大化。

所以首先，我們需要構(gòu)建一個表示無向圖的鄰接矩陣，可以加權(quán)，也可以不加權(quán)，矩陣為2Dnumpy數(shù)組。

n*n矩陣則表示有n個節(jié)點，矩陣的每個位置分別表示各節(jié)點之間邊的關(guān)系，有邊則為1，沒有邊則為0。

然后，只需從communities.algorithms中導(dǎo)入算法并插入矩陣。 

import numpy as np  
from communities.algorithms import louvain_method  
adj_matrix = np.array([[0, 1, 1, 0, 0, 0],  
                       [1, 0, 1, 0, 0, 0],  
                       [1, 1, 0, 1, 0, 0],  
                       [0, 0, 1, 0, 1, 1],  
                       [0, 0, 0, 1, 0, 1],  
                       [0, 0, 0, 1, 1, 0]])  
communities, _ = louvain_method(adj_matrix)  
# >>> [{0, 1, 2}, {3, 4, 5}] 

接下來輸出社群列表，每個社群即為一組節(jié)點。

實現(xiàn)可視化，并進(jìn)行顏色編碼

利用communities將圖進(jìn)行可視化，將節(jié)點分到社群中并進(jìn)行顏色編碼，還可以選擇深色或淺色背景、保存圖片、選擇圖片的分辨率等等 。

draw_communities(adj_matrix : numpy.ndarray, communities : list, dark : bool = False, filename : str = None, seed : int = 1) 

其中各參數(shù)的具體含義為：

•  adj_matrix (numpy.ndarray)：圖的鄰接矩陣；
•  dark (bool, optional (default=False))：如果為 True, 則繪圖為深色背景，否則為淺色背景；
•  filename (str or None, optional (default=None))：通過 filename 路徑可以將圖另存為PNG格式; 設(shè)置 None 則是用交互方式顯示圖；
•  dpi (int or None, optional (default=None))：每英寸的點數(shù)，控制圖像的分辨率；
•  seed (int, optional (default=2))：隨機種子。

具體到Louvain算法的可視化，代碼是這樣的： 

from communities.algorithms import louvain_method  
from communities.visualization import draw_communities  
adj_matrix = [...]  
communities, frames = louvain_method(adj_matrix)  
draw_communities(adj_matrix, communities) 

動畫呈現(xiàn)算法

communities 還可以動畫呈現(xiàn)節(jié)點分配到社群的過程。

louvain_animation(adj_matrix : numpy.ndarray, frames : list, dark : bool = False, duration : int = 15, filename : str = None, dpi : int = None, seed : int = 2) 

其中各參數(shù)的含義如下：

•  adj_matrix (numpy.ndarray)：圖的鄰接矩陣；
•  frames (list)：算法每次迭代的字典列表；
•  每個字典都有倆個鍵：“C”包含節(jié)點到社群的查找表，“Q”表示圖的模塊度數(shù)值；
•  此字典列表是 louvain_method的第二個返回值；
•  dark (bool, optional (default=False))：如果為 True, 則動畫為深色背景和配色方案，否則為淺色方案；
•  duration (int, optional (default=15))：動畫所需的持續(xù)時間，以秒為單位；
•  filename (str or None, optional (default=None))：通過filename 路徑將動畫存為GIF；設(shè)置None則以交互方式展示動畫；
•  dpi (int or None, optional (default=None))：每英寸點數(shù)，控制動畫的分辨率；
•  seed (int, optional (default=2))：隨機種子。

例如，空手道俱樂部網(wǎng)絡(luò)中Louvain算法的動畫呈現(xiàn)： 

from communities.algorithms import louvain_method  
from communities.visualization import louvain_animation  
adj_matrix = [...]  
communities, frames = louvain_method(adj_matrix) 
louvain_animation(adj_matrix, frames) 

我們可以看到Louvain算法的動態(tài)過程：

•  首先掃描數(shù)據(jù)中的所有節(jié)點，將每個節(jié)點看做一個獨立的社群；
•  接下來，遍歷每個節(jié)點的鄰居節(jié)點，判斷是否將該節(jié)點加入鄰居節(jié)點所在的社群，以提升模塊度；
•  這一過程重復(fù)迭代，直到每一個節(jié)點的社群歸屬穩(wěn)定；
•  最后，將所有在同一個社群的節(jié)點壓縮成一個新節(jié)點，計算新節(jié)點的權(quán)重，直到整個圖的模塊度穩(wěn)定。

大家可以通過文末鏈接，自行嘗試一下其他算法～

此外，它還可以用于社群間鄰接矩陣、拉普拉斯矩陣以及模塊度矩陣等。

對于這款工具，不少網(wǎng)友發(fā)出“awesome”、“really cool！”等花式贊嘆，表示正是自己需要的。

當(dāng)然，也有網(wǎng)友提出疑問，例如：是否可以指定執(zhí)行的迭代次數(shù)（例如：提前停止）？

開發(fā)者對此表示：不能，但是對于某些算法，可以指定要將圖形劃分為多少個社群。