【Python】发现一个宝藏 Python 库，玩社区发现算法的不能错过！
共 5564字，需浏览 12分钟
·
2022-11-01 12:33
由此衍生出来的社区发现（community detection）算法用来发现网络中的社区结构，这类算法包括 Louvain 算法、Girvan-Newman 算法以及 Bron-Kerbosch 算法等。
首先，该库可以实现以下几种社区发现算法：
Louvain 算法 Girvan-Newman 算法 层次聚类 谱聚类 Bron-Kerbosch 算法
其次，用户还可以使用 communities 库来可视化上述几种算法，下图为空手道俱乐部（Zachary's karate club）网络中 Louvain 算法的可视化结果：
该库的安装方法也非常简单，可采用 pip 的方式安装 communities，代码如下：
import numpy as np
from communities.algorithms import louvain_method
adj_matrix = np.array([[0, 1, 1, 0, 0, 0],
[1, 0, 1, 0, 0, 0],
[1, 1, 0, 1, 0, 0],
[0, 0, 1, 0, 1, 1],
[0, 0, 0, 1, 0, 1],
[0, 0, 0, 1, 1, 0]])
communities, _ = louvain_method(adj_matrix)
>> communities
[{0, 1, 2}, {3, 4, 5}]对于这个 Python 库，很多网友给予了高度评价，表示会去尝试。
算法详解
1、Louvain 算法
louvain_method(adj_matrix : numpy.ndarray, n : int = None) -> list该算法来源于文章《Fast unfolding of communities in large networks》，简称为 Louvian。
作为一种基于模块度（Modularity）的社区发现算法，Louvain 算法在效率和效果上都表现比较好，并且能够发现层次性的社区结构，其优化的目标是最大化整个图属性结构（社区网络）的模块度。
Louvain 算法对最大化图模块性的社区进行贪婪搜索。如果一个图具有高密度的群体内边缘和低密度的群体间边缘，则称之为模图。
示例代码如下：
from communities.algorithms import louvain_methodad
j_matrix = [...]
communities, _ = louvain_method(adj_matrix)2、Girvan-Newman 算法
girvan_newman(adj_matrix : numpy.ndarray, n : int = None) -> list该算法来源于文章《Community structure in social and biological networks》。
Girvan-Newman 算法迭代删除边以创建更多连接的组件。每个组件都被视为一个 community，当模块度不能再增加时，算法停止去除边缘。
示例代码如下：
from communities.algorithms import girvan_newman
adj_matrix = [...]
communities, _ = girvan_newman(adj_matrix)3、层次聚类
hierarchical_clustering(adj_matrix : numpy.ndarray, metric : str = "cosine", linkage : str = "single", n : int = None) -> list层次聚类实现了一种自底向上、分层的聚类算法。每个节点从自己 的社区开始，然后，随着层次结构的建立，最相似的社区被合并。社区会一直被合并，直到在模块度方面没有进一步的进展。
示例代码如下：
from communities.algorithms import hierarchical_clustering
adj_matrix = [...]
communities = hierarchical_clustering(adj_matrix, metric="euclidean", linkage="complete")4、谱聚类
spectral_clustering(adj_matrix : numpy.ndarray, k : int) -> list这种类型的算法假定邻接矩阵的特征值包含有关社区结构的信息。
示例代码如下：
from communities.algorithms import spectral_clustering
adj_matrix = [...]
communities = spectral_clustering(adj_matrix, k=5)5、Bron-Kerbosch 算法
bron_kerbosch(adj_matrix : numpy.ndarray, pivot : bool = False) -> listfrom communities.algorithms import bron_kerbosch
adj_matrix = [...]
communities = bron_kerbosch(adj_matrix, pivot=True)可视化
绘图
draw_communities(adj_matrix : numpy.ndarray, communities : list, dark : bool = False, filename : str = None, seed : int = 1)可视化图（graph），将节点分组至它们所属的社区和颜色编码中。返回代表绘图的 matplotlib.axes.Axes。示例代码如下：
from communities.algorithms import louvain_method
from communities.visualization import draw_communities
adj_matrix = [...]
communities, frames = louvain_method(adj_matrix)
draw_communities(adj_matrix, communities)可视化图如下：
Louvain 算法的动图展示
louvain_animation(adj_matrix : numpy.ndarray, frames : list, dark : bool = False, duration : int = 15, filename : str = None, dpi : int = None, seed : int = 2)Louvain 算法在图中的应用可以实现动图展示，其中每个节点的颜色代表其所属的社区，并且同一社区中的节点聚类结合在一起。
示例代码如下：
from communities.algorithms import louvain_method
from communities.visualization import louvain_animation
adj_matrix = [...]
communities, frames = louvain_method(adj_matrix)
louvain_animation(adj_matrix, frames)动图展示如下：
参考链接：
https://www.codenong.com/cs105912940/
https://www.reddit.com/r/MachineLearning/comments/lozys9/p_i_made_communities_a_library_of_clustering/
往期精彩回顾
适合初学者入门人工智能的路线及资料下载 (图文+视频)机器学习入门系列下载 机器学习及深度学习笔记等资料打印 《统计学习方法》的代码复现专辑 机器学习交流qq群955171419，加入微信群请扫码