【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
qq_5137280436 分钟前
Alert 原生弹窗处理
python
李可以量化38 分钟前
Redis 从了解到精通(三)上:量化交易场景下的数据备份与安全配置
redis·python·安全·qmt·ptrade
卷无止境42 分钟前
FastAPI查询参数模型:把散落的参数收拢成一个整齐的盒子
后端·python
Code额1 小时前
Python asyncio 异步编程全套学习文档(零基础完整版)
python·学习·oracle·async·异步·asyncio
钱栈up1 小时前
Mac 开发机一键发版不用切环境:我这样改造了团队的后端部署脚本
运维·python·mac
coder_Eight2 小时前
从 3 天到 8 分钟:我如何把垂直科普内容做成了自动化流水线
python·ai编程
水獭比特2 小时前
MCP SDK v2 迁移别只改依赖:先把 FastMCP 3/4 拆成两条测试线
人工智能·python
rannn_1112 小时前
【力扣hot100】图论专题+模板|DFS、BFS、拓扑排序...
java·算法·leetcode·深度优先·图论
l1258652 小时前
# RAG多轮对话检索设计:Query重写如何让“那它呢“变成完整问题
前端·数据库·人工智能·python·算法·fastapi·milvus