【图论】计算图的n-hop邻居个数,并绘制频率分布直方图

计算图的n-hop邻居个数,并绘制频率分布直方图

在图论中,n-hop邻居(或称为K-hop邻居)是指从某个顶点出发,通过最短路径(即最少的边数)可以到达的所有顶点的集合,其中n(或K)是这个最短路径的长度。换句话说,n-hop邻居就是在图中,从一个顶点出发,经过n步可以到达的所有顶点。

举个日常生活中的例子,我们的朋友是我们的1-hop邻居,我们的朋友的朋友是我们的2-hop邻居,以此类推。如果我们想找到所有与我们最多只有三层朋友关系的人(包括我们的朋友、我们的朋友的朋友、以及我们的朋友的朋友的朋友),那么这些人就是我们的3-hop邻居。

在下图中对于中间的红色节点,玫红色的就是1-hop邻居,橙色2,粉色3。


Gaudelet, T. et al. Utilizing graph machine learning within drug discovery and development. doi:10.1093/bib/bbab159.

如何在networkx中计算n-hop邻居的数量?

由定义我们可以知道,只要找到某个节点通过最短路径为n的边就可以找到它的n-hop邻居了,那么我们就可以用nx.single_source_shortest_path_length

代码如下:

python 复制代码
import networkx as nx
def n_hop_neighbors(G, n_hop):
    """
    Calculate n-hop neighbors for each node in the graph.
    """
    n_hop_counts = {}
    for node in G.nodes():
        # n_hop_counts[node] = len(list(nx.single_source_shortest_path_length(G, node, cutoff=n_hop))) - 1
        n_hop_counts[node] = len(list(nx.single_source_shortest_path_length(G, node, cutoff=n_hop).keys())) - 1
        
    n_hop_array = list(n_hop_counts.values())
    return n_hop_array

绘制分布直方图

我们使用seaborn的sns.histplot来进行绘制,代码如下:

python 复制代码
import networkx as nx
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
# Assuming G is your NetworkX graph
# Example graph
# G = nx.Graph()
# G.add_edges_from([('v1', 'v2'), ('v2', 'v4'), ('v1', 'v3')])
plt.figure(figsize=(6, 3))

# Calculate n-hop neighbors for n=1
# n_hop_counts = n_hop_neighbors(G, 3)
# Step 1: Store n-hop counts in a dictionary
n_hop_counts_dict = {}
for i in range(1, 5): # Hop counts 1 through 4
    n_hop_counts_dict[f'{i}-hop'] = n_hop_neighbors(G, i)

# Step 2: Convert the dictionary to a DataFrame
n_hop_counts_df = pd.DataFrame(n_hop_counts_dict)

# Reshape the DataFrame to long format
n_hop_counts_long = n_hop_counts_df.melt(var_name='n-hop', value_name='Number of cells in n-hop neighbourhood')
# Plotting the histogram
sns.histplot(data=n_hop_counts_long, x="Number of cells in n-hop neighbourhood", hue="n-hop", kde=False, log_scale=False, stat="probability")
plt.xlim(0, 110)
plt.grid(False)
plt.show()

结果如下:

相关推荐
小田学Python13 分钟前
100行Python代码,搭一个能干活的AI Agent
python·langchain·大模型·ai agent
Csvn1 小时前
🐍 Day3 : Python 容器精讲 — list、dict、set、tuple 底层实现与高级操作
后端·python
weixin-a153003083161 小时前
python-装饰器
开发语言·python
我的xiaodoujiao1 小时前
快速学习Python基础知识详细图文教程17--类型注解和断点调试
开发语言·python·学习·测试工具
每天吃饭的羊3 小时前
Chrome DevTools MCP
python
wabs6663 小时前
关于图论【最短路径之Bellman_ford 算法(单源有限最短路)|卡码网96.城市间货物运输III的思考】
数据结构·算法·图论·卡码网·bellman_ford·单源有限最短路
水獭比特4 小时前
localhost 不是安全边界:给 Agent Web 入口补上四层门禁
人工智能·python
Generalzy5 小时前
Whisper + VAD + TTS:一套完整的 Python 本地语音处理流水线
python·whisper·语音识别
qpsj5 小时前
让 LLM 控制 AutoCAD/ZWCAD:COM 自动化 + MCP 封装
python·llm
赟爸5 小时前
直播切片素材杂乱不好复用,易元AI要怎么处理
大数据·人工智能·python