Python图论库NetworkX初步

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简介

NetworkX是 Python 生态中最著名、应用最广泛的图论与复杂网络分析开源库。它的核心使命是提供一套直观、灵活且功能全面的 API，用于创建、操作、分析和可视化复杂网络（图）的结构、动态与功能。

这个库十分著名，在pip上比matplotlib下载量还大，Anaconda也包含该库，可以直接使用。官方提供的pip安装命令如下，后面的 $default$ 选项用于安装相关依赖。

复制代码

pip install networkx[default]

无向图

直观来说，图论中的图(graph)，就是把一群节点连接起来之后所形成的结构，用于连接节点的线，既可以有方向和权重，也可以没有。下面就是一张简单的图。

这个图包含四个节点 1 , 2 , 3 , 4 1,2,3,4 1,2,3,4，5个边 ( 1 , 2 ) , ( 1 , 3 ) , ( 1 , 4 ) , ( 4 , 2 ) , ( 3 , 2 ) (1, 2), (1, 3), (1, 4), (4, 2), (3, 2) (1,2),(1,3),(1,4),(4,2),(3,2)，其生成和可视化代码如下。

python 复制代码

import networkx as nx
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = 'Times New Roman'

G = nx.Graph()
G.add_edges_from([(1, 2), (1, 3), (1, 4), (4, 2), (3, 2)])
nx.draw(G, with_labels=True, node_color='lightblue')
plt.show()

【Graph】是networkx中最简单的图类，从上面的可视化结果可知，其并不包含方向。

【add_edges_from】顾名思义，是一种批量添加边的方法，其输入参数是边的列表，列表中每一项都是一个边，每个边包含两个节点。节点可以是数值，也可以是字符串，其仅代表标签或序号，而不包含任何量化的含义。

【draw】是networkx提供的可视化工具，使用非常便捷。

基础图

networkx提供了四种基础图，分别是

无向单图【Graph】
有向单图【DiGraph】
无向多重图【MultiGraph】
有向多重图【MultiDiGraph】

仅从边与节点的关系出发，这四种图的差异如下

测试代码为

python 复制代码

e = [(1,1), (1,2), (2,1), (2,3)]
G = [nx.Graph(), nx.DiGraph(), nx.MultiGraph(), nx.MultiDiGraph()]
[g.add_edges_from(e) for g in G]

pos = {1:(0,0), 2:(1,0), 3:(0.5,0.9)}
for i, g in enumerate(G, 1):
    plt.subplot(2, 2, i)
    s = [f"arc3,rad={0.1 if j%2 else -0.1}" for j in range(g.number_of_edges())]
    nx.draw(g, pos, with_labels=True, node_color='lightblue', connectionstyle=s, arrows=True, 
            arrowstyle='-|>' if g.is_directed() else '-')
    plt.title(type(g).__name__)

plt.show()