开源免费跨平台基于JVM的复杂网络分析软件Gephi简介

Gephi是一款开源免费跨平台基于JVM的复杂网络分析软件, 其主要用于各种网络和复杂系统, 特别是在处理网络关系数据这方面很有优势,下面是两个不错的例子

• 编程语言关系图

• 微博传播分析

那么,我们拿到图数据后, 应该如何画出这个图表呢？

图表绘制

通过分析上面两个例子的代码可知,前端插件用的都是 sigma.js ,但是在展示网络数据的时候插件并不会自动的对节点和边进行布局,需要通过后台传给前台数据文件,常用的有两种格式 json 和 gexf

虽然gephi是一个gui程序,但是它提供了一套叫 gephi-toolkit 的东西,可以方便的编程化方式处理数据, 首先加入gephi仓库并引入依赖

<repositories>       <repository>              <id>gephi-snapshots</id>              <name>Gephi Snapshots</name>              <url>http://nexus.gephi.org/nexus/content/repositories/snapshots/</url>       </repository>       <repository>              <id>gephi-releases</id>              <name>Gephi Releases</name>              <url>http://nexus.gephi.org/nexus/content/repositories/releases/</url>       </repository>  </repositories>  <dependencies>      <dependency>              <groupId>org.gephi</groupId>              <artifactId>gephi-toolkit</artifactId>              <version>0.8.2</version>      </dependency>  </dependencies>

添加依赖完成之后,可以参考这个 slide 熟悉一下API

布局算法

布局算法是图算法的一大部分, 常用的有 Force-directed_graph_drawing 力导向算法, 其基本思想是:

• 对网络状态进行初始化
• 计算每次迭代局部区域内，两两节点间的斥力所产生的单位位移（一般为正值）
• 计算每次迭代每条边的引力对两端节点所产生的单位位移（一般为负值）
• 上面两步中的斥力和引力系数直接影响到最终态的理想效果，它与节点间的距离、节点在系统所在区域的平均单位区域均有关，需要开发人员在实践中不断调整
• 累加所有节点的单位位移，结合单次最大移动距离确定每个节点新的位置
• 迭代n次,达到最优效果

gephi-tookit中也自带了几种布局算法, 而且易于使用, 如果你的数据源是数据库, 可以参考 这个例子 ,当然也可以纯手工构建一个图, 示例代码如下所示:

ProjectController pc = Lookup.getDefault().lookup(ProjectController.class);  pc.newProject();  Workspace workspace = pc.getCurrentWorkspace();    //Generate a new random graph into a container  Container container = Lookup.getDefault().lookup(ContainerFactory.class).newContainer();    GraphModel graphModel = Lookup.getDefault().lookup(GraphController.class).getModel();  DirectedGraph graph = graphModel.getDirectedGraph();    Node n0 = graphModel.factory().newNode("n0");  n0.getNodeData().setLabel("n0");  Node n1 = graphModel.factory().newNode("n1");  n1.getNodeData().setLabel("n1");  Edge edge = graphModel.factory().newEdge(n0, n1, 1f, true);      graph.addNode(n0);  graph.addNode(n1);  graph.addEdge(edge);      for(int i = 0 ; i < 100; i++) {     Node ntmp = graphModel.factory().newNode("tmp" + i);     Edge edgetmp = graphModel.factory().newEdge(n0, ntmp, 1f, true);       graph.addNode(ntmp);     graph.addEdge(edgetmp);  }    System.out.println("Nodes: " + graph.getNodeCount());  System.out.println("Edges: " + graph.getEdgeCount());    //Layout for 15 seconds  AutoLayout autoLayout = new AutoLayout(20, TimeUnit.SECONDS);  autoLayout.setGraphModel(graphModel);  YifanHuLayout firstLayout = new YifanHuLayout(null, new StepDisplacement(1f));  ForceAtlasLayout secondLayout = new ForceAtlasLayout(null);  AutoLayout.DynamicProperty adjustBySizeProperty = AutoLayout.createDynamicProperty("forceAtlas.adjustSizes.name", Boolean.TRUE, 0.1f);//True after 10% of layout time  AutoLayout.DynamicProperty repulsionProperty = AutoLayout.createDynamicProperty("forceAtlas.repulsionStrength.name", new Double(500.), 0f);//500 for the complete period  autoLayout.addLayout(firstLayout, 0.9f);  autoLayout.addLayout(secondLayout, 0.1f, new AutoLayout.DynamicProperty[]{adjustBySizeProperty, repulsionProperty});  autoLayout.execute();    //Export pdf & gexf  ExportController ec = Lookup.getDefault().lookup(ExportController.class);  try {        File pdfFile = new File("/tmp/data.pdf");      File gexfFile = new File("/tmp/data.gexf");        pdfFile.getParentFile().mkdirs();      gexfFile.getParentFile().mkdirs();      ec.exportFile(pdfFile);      ec.exportFile(gexfFile);  } catch (IOException ex) {      ex.printStackTrace();  }

其中导出的 gexf 数据文件可以用于 sigmajs的展示

参考资料

1. http://gephi.github.io/
2. http://www.slideshare.net/gephi/gephi-toolkit-tutorialtoolkit
3. https://github.com/gephi/gephi/wiki/How-to-code-with-the-Toolkit

THE END