一撮奏、歷史 | 為什么要可視化俏讹？
? ? ? ?數(shù)學(xué)中有一門古老的學(xué)科叫做圖論，專門研究各種不同的圖的性質(zhì)畜吊，最早可以追溯到歐拉的七橋問題泽疆，如圖一所示，話說在歐洲哥尼斯堡（今加里寧格勒）這個地方玲献，有一條河殉疼，河中有兩個小島（A和D），這兩個島通過7座橋和兩岸相連接捌年，人們每天晚上吃好晚飯之后都會在島上岸邊散步瓢娜，這時有愛思考的人就提出了一個問題：有沒有可能在不重復(fù)經(jīng)過任意一座橋的情況下，走遍這所有的7座島礼预？
? ? ? ?我們當(dāng)然可以一遍一遍的嘗試，得到最后的結(jié)果托酸，但是這樣實(shí)在是太慢褒颈，人們問有沒有什么訣竅呢？或者說有沒有什么一般規(guī)律可以解決諸如此類的問題励堡？
? ? ? ?1735年谷丸，大數(shù)學(xué)家Euler應(yīng)邀來到此地嘗試解決此問題，一年以后应结，29歲的Euler以一篇論文《哥尼斯堡的七座橋》論文宣布解決了此類問題刨疼，如今我們稱這一類問題為“一筆畫”問題，歐給出了對于此類能夠不重復(fù)的走完所有路線（即一筆畫完不間斷）的問題的充要條件摊趾。
? ? ? ?歐拉的解答開辟了圖論與幾何拓?fù)涞戎匾獢?shù)學(xué)分支币狠，其重要性不言而喻，但是我們這里著重于他解決該問題的一個重要的思維轉(zhuǎn)變砾层，即為了簡化此問題漩绵，歐拉將該問題轉(zhuǎn)化為如下的數(shù)學(xué)模型：他將兩岸B與C、兩島A與D抽象為節(jié)點(diǎn)(node）肛炮，將連接岸和島的橋視作為比邊(edge)止吐，從而得到如下的數(shù)學(xué)模型：
? ? ? ?這圖片是我用inkscape畫的示意圖，由此一來問題就變?yōu)椋涸谧疃嘟?jīng)過每一條邊一次的的情況下侨糟，是否可能遍歷圖中所有的節(jié)點(diǎn)碍扔。
? ? ? ?Euler對于實(shí)際問題的簡化其實(shí)就是建立數(shù)學(xué)模型的一個過程，本質(zhì)上和我們今天參加數(shù)學(xué)建模大賽時進(jìn)行建模的過程是一樣的秕重。從此不同，對圖，即節(jié)點(diǎn)和連邊組成的對象的研究就蓬勃發(fā)展起來了。
? ? ? ?一直以來人們都認(rèn)為圖論是一門高度抽象化的數(shù)學(xué)分支二拐，其實(shí)際意義不是很大服鹅，轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在上世紀(jì)的90年代，這個時候百新，基于對一些特殊的圖企软，例如規(guī)則圖(Regular Graph)、隨機(jī)圖(Random Graph)的研究饭望、以及羅馬尼亞裔的匈牙利美國物理學(xué)家巴拉巴西(Albert-LászlóBarabási)對萬維網(wǎng)進(jìn)行研究之后仗哨，發(fā)現(xiàn)了所謂的無標(biāo)度（Scale free Network）網(wǎng)絡(luò)，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的很多現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)铅辞，可以在網(wǎng)絡(luò)(network)的層面上進(jìn)行理解厌漂，而網(wǎng)絡(luò)在本質(zhì)上就是圖的演化，如此一來巷挥，我們就可以構(gòu)建出抽象的網(wǎng)絡(luò)來模擬實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)桩卵，如交通網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)倍宾、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雏节、流行病網(wǎng)絡(luò)、甚至全球氣候網(wǎng)絡(luò)高职。由此以來便發(fā)展出了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)這門交叉型的學(xué)科钩乍，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅猛，科學(xué)家對各種網(wǎng)絡(luò)在各種層面上進(jìn)行研究怔锌，這樣一來就帶來一個問題寥粹，如何能夠快速理解建模之后得到的網(wǎng)絡(luò)？一個方式就是可視化埃元，俗話說一語勝千言涝涤，圖像能夠表達(dá)的信息較之文字會形象許多，在這個背景下,Gephi這個網(wǎng)絡(luò)可視化軟件就誕生了岛杀。
? ? ? ?Gephi軟件的宗旨阔拳，用開發(fā)者的話說，就是Exploring dynamic networks in an easy and intuitive way has been incorporated in Gephi from the beginging.以一種簡單且直觀的方式來呈現(xiàn)動力學(xué)網(wǎng)絡(luò)是Gephi一開始就追求的目標(biāo)类嗤。Gephi可處理20000+節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)糊肠，在這個基礎(chǔ)上，還能依據(jù)不同的研究者的追求調(diào)用不同的高質(zhì)量分層算法遗锣、進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗货裹、聚類、統(tǒng)計(jì)以及注釋精偿，接下來我們就開始學(xué)習(xí)這個軟件的使用弧圆。
二赋兵、Gephi軟件安裝
? ? ? ?gephi是一個免費(fèi)的大型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視化的軟件，由Bastian M等人編寫搔预，并一直在更新毡惜，目前最新的版本是Gephi 0.9.2，其官網(wǎng)網(wǎng)址是：官方網(wǎng)站斯撮，值得一提的是，該軟件在mac和linux上也有相應(yīng)的版本扶叉，讀者可各取所需進(jìn)行下載勿锅。
? ? ? ?如圖所示，我們首先點(diǎn)擊進(jìn)入官網(wǎng)枣氧，然后點(diǎn)擊按鈕Download Free進(jìn)行免費(fèi)下載溢十，軟件大約有72M的大小，一般情況下下載都較快达吞，如果覺得下載速度太慢可以打開迅雷復(fù)制下載網(wǎng)址進(jìn)行下載张弛。
? ? ? ?下載之后，按理說就可以進(jìn)行正常的雙擊exe安裝的步驟了酪劫，但其實(shí)這軟件有一個要求吞鸭，它必須在java1.8版本以上才能正常運(yùn)行，否則在安裝之后覆糟，會出現(xiàn)如下窗口：
? ? ? ?導(dǎo)致無法運(yùn)行該軟件刻剥，網(wǎng)上有修改conf文件的做法，但是我覺得比較麻煩滩字，直接安裝相應(yīng)的版本就好了造虏，若各位嫌麻煩，我這里也附上一個下載鏈接麦箍，下載完默認(rèn)安裝即可漓藕。裝好java 1.8以后再安裝gephi軟件，就沒什么問題啦挟裂！
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1haUM4Xgv3_P599mIkd6rag
提取碼：mj0h
復(fù)制這段內(nèi)容后打開百度網(wǎng)盤手機(jī)App享钞，操作更方便哦
三、界面介紹
? ? ? ?安裝完畢之后话瞧，雙擊圖標(biāo)打開gephi嫩与，進(jìn)入上圖所示的界面，簡單來說交排，概覽窗口是你進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可視化并后期調(diào)整的主要窗口划滋；數(shù)據(jù)資料是你導(dǎo)入的電子表格資料；預(yù)覽窗口就是你可視化之后導(dǎo)出圖片之前的預(yù)覽窗口埃篓。
四处坪、通過例子來學(xué)習(xí)可視化
? ? ? ?接下來我們直接舉一個例子來說明如何操作Gephi軟件作出你的第一張圖：
? ? ? ?首先我腦子里有一個想法，例如說我想可視化一個一維的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)，且首尾相連同窘，我們假設(shè)有個節(jié)點(diǎn)玄帕，每個節(jié)點(diǎn)和下一個節(jié)點(diǎn)相連，即網(wǎng)絡(luò)的連邊數(shù)為
想邦，那么就需要這兩組數(shù)據(jù)：
一個表格用來指出節(jié)點(diǎn)的
。
一個表格用來指出節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的
丧没。
? ? ? ?如下圖所示
? ? ? ?左邊的node表格的是節(jié)點(diǎn)信息表格鹰椒，就兩列，分別是Id和Label列呕童，這兩列分別代表了節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和編號漆际，一共是10個節(jié)點(diǎn)，編號是從1到10夺饲；右邊的link表格是連邊信息表格奸汇，一共三列，分別是Source和Target和Weight列往声，也很好理解擂找，Source指的就是一條邊的出發(fā)節(jié)點(diǎn)（源節(jié)點(diǎn)），Target指的就是一條邊的到達(dá)節(jié)點(diǎn)（匯節(jié)點(diǎn)）浩销，Weight就是這條邊的權(quán)重婴洼，一般設(shè)為1，舉個例子撼嗓，第5行中柬采，Source = 4,Target = 5, Weight = 1代表該邊從節(jié)點(diǎn)4出發(fā)，指向節(jié)點(diǎn)5且警，權(quán)重為1粉捻，注意是出發(fā)節(jié)點(diǎn)指向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。
? ? ? ?準(zhǔn)備好表格之后就可以開始畫圖了斑芜！我們關(guān)閉數(shù)據(jù)表格肩刃，打開gephi，點(diǎn)擊導(dǎo)入數(shù)據(jù)表格杏头，由于表格有兩個盈包，所以數(shù)據(jù)也要導(dǎo)入兩次：
? ? ? ?先導(dǎo)入節(jié)點(diǎn)node的數(shù)據(jù)，這里注意：
? ? ? ?再導(dǎo)入link的數(shù)據(jù)：
? ? ? ?按照數(shù)字所示的步驟來就可以了醇王，添加完以后便可以在workspace中看到圖像啦呢燥！
? ? ? ?這個時候圖像還不夠好看寓娩，我們在左邊的布局選項(xiàng)卡中選擇YifanHu布局叛氨，點(diǎn)擊運(yùn)行呼渣，便可以得到上述的圖像，然后再點(diǎn)擊下方選項(xiàng)卡中的顯示標(biāo)簽T寞埠，調(diào)整大小至不超出節(jié)點(diǎn)即可屁置，這樣一來你的圖像就完成啦！最后點(diǎn)擊上方的預(yù)覽窗口仁连，開始準(zhǔn)備導(dǎo)出工作蓝角。
五、導(dǎo)出圖像
? ? ? ?如下圖所示饭冬，點(diǎn)擊預(yù)覽窗口后帅容，先點(diǎn)擊刷新，發(fā)現(xiàn)出來的圖像和我們WorkSpace中給的圖像并不一致伍伤？！沒關(guān)系~遣钳，我們依次調(diào)整左邊選項(xiàng)卡中的數(shù)據(jù)扰魂，大部分選項(xiàng)一眼能看明白，可自行調(diào)節(jié)蕴茴，實(shí)在不行就按照我標(biāo)記的數(shù)字來調(diào)整劝评，調(diào)整完以后點(diǎn)擊一下刷新（4），滿意后點(diǎn)擊左下方的圖片格式導(dǎo)出（5）即可倦淀！共有三種格式可以選擇蒋畜，一般建議選擇SVG進(jìn)一步做調(diào)整或者直接導(dǎo)出PDF文檔，而PNG格式實(shí)測存在圖像失真的現(xiàn)象撞叽。
? ? ? ?上面就是作圖以后的最終結(jié)果姻成，是不是挺直觀的？如果不滿意顏色等性質(zhì)愿棋，可以自行摸索調(diào)節(jié)科展，也不是很難。
? ? ? ?以上就是采用Gephi作圖的一個基本操作啦糠雨，最主要的還是表格的編制才睹，其實(shí)可視化也不是很難，軟件開發(fā)者的目標(biāo)就是讓我們不管是專家還是新手都能直接用鼠標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)擊操作甘邀，Gephi is developed toward supporting the whole process with only user interface manipulation琅攘，因此我們可以盡管嘗試，不用擔(dān)心失敗松邪，大不了重新導(dǎo)入作圖就是了坞琴。
