使用Gephi绘制动态网络的三种方法

作者：JUDGE_MENT

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最后编辑时间：2016.12.5  V1.1

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一、 纵向网络/动态网络是一种包括时间信息的简单网络。你可以想象一下关你的朋友关系网络；节点数和连接数随着时间的增长而增长，属性值也随之变化。如果每个人都有一个"孩子数"属性，这个属性也是可能会增长的《o(*￣︶￣*)o, 还不去生孩子》。我们称之为动态属性，他们的值是与根据特定的时间段相关的。

纵向网络

为了使用gephi对这些特征进行建模，我们使用区间的概念来定义一段时间。有两种基本的方式来对纵向网络进行建模，一种是每个网络集合都有一个特定的时间点（一天，一个月，…），或是网络片段中的每个元素都有其存在时间。这可以分别看作是离散时间与连续时间的表示方式。本文中我们选择第二种方式，因为他更加灵活。

举例来说：

如果我们有一个三年包含三个点的网络。下面左边的是方法1（网络集合）在不同的三个时间点。右边是相应的方法2（每个元素）表示使用间隔。（右边n1的右区间是开的，因为这个点只在2008有，2009就没了）

在Gephi中你可以在“数据实验室”中看到时间区间是如何被创建的。如果网络是纵向的，将会有一个时间区间列。这列给出了元素的应该存在的时间区间。你可以通过在数据实验室配置对话框，开启展示时间区间图表选项，这样你就可以可视化了。

二、 导入动态GEXF文件

GEXF文件： XML格式，可扩展语言。包含动态网络（第二种方法）所有信息。

你在GEXF中增加开始和结束的位置就是设置一个点或边的开始或消失。

1、基本的例子：

下面是一个2007-2009年有三个点的动态网络例子。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><gexfxmlns="http://www.gexf.net/1.1draft"       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"       xsi:schemaLocation="http://www.gexf.net/1.1draft                             http://www.gexf.net/1.1draft/gexf.xsd"      version="1.1">  <graphmode="dynamic"defaultedgetype="directed">    <nodes>      <nodeid="n1"label="Node 1"start="2007"endopen="2009" />      <nodeid="n2"label="Node 2"start="2007"end="2009" />      <nodeid="n3"label="Node 3"start="2008"end="2009" />    </nodes>    <edges>      <edgesource="n1"target="n2" />      <edgesource="n1"target="n3"start="2008"/>      <edgesource="n3"target="n2"start="2008"endopen="2009"/>    </edges>  </graph></gexf>

注意以下几点：
1. 我们将图模式设为“dynamic”，这是必须的，因为GEXF格式也可以展现静态图。
2. 对于闭区间的就用start和end；如果是开区间的就用startopen和endopen。
3. 不强制一定要对于每一个元素都设定一个开始和结束时间。如果不设置自动创建一个[-infinity,+infinity]这么个时间间隔，从正无穷到负无穷。如果只有一个边界被定义了，像上诉代码第二条边似的，那么将会自动变成[2009,+inf].

2、动态属性

上面的例子告诉我们如何通过时间节点、边的添加和移除，来展现网络的拓扑结构。现在让我们来演示一下gephi如何展现随着时间变化的属性值。下面是一个例子，节点拥有一个价格属性。

<gexfxmlns="http://www.gexf.net/1.1draft"       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"       xsi:schemaLocation="http://www.gexf.net/1.1draft                             http://www.gexf.net/1.1draft/gexf.xsd"      version="1.1">  <graphmode="dynamic"defaultedgetype="directed">    <attributesclass="node"mode="dynamic">      <attributeid="price"title="Price"type="float"/>    </attributes>    <nodes>      <nodeid="n1"label="Node 1"start="2007"endopen="2009" >      <attvalues>        <attvaluefor="price"value="25.5"start="2007"end="2008"/>        <attvaluefor="price"value="42.5"start="2008"/>      </attvalues>      </node>      <nodeid="n2"label="Node 2"start="2007"end="2009" >      <attvalues>        <attvaluefor="price"value="12"start="2008"/>      </attvalues>      </node>      <nodeid="n3"label="Node 3"start="2008"end="2009" >      <attvalues>        <attvaluefor="price"value="40.5"start="2008"end="2009" />      </attvalues>      </node>    </nodes>    <edges>      <edgesource="n1"target="n2" />      <edgesource="n1"target="n3"start="2008"/>      <edgesource="n3"target="n2"start="2008"endopen="2009"/>    </edges>  </graph></gexf>

attvalues：属性值
注意以下几点：
不强制到处设置属性值，为了防止没值，我们可以使用默认值。
对于节点n2，他的价格“12”从2008年开始，但是没有定义结束时间，这会自动调整为[2008，+infinity]。

3. 动态权值

正常来说一个边的权值直接定义了一个边元素中，然后定一个值。定义了一个动态权值属性允许重写这个值，提供了对动态权值的支持。
方法就是定义边的时候加上“weight”。然后，使用“attvalue”来设置weight的变化。跟节点属性那一样。

<attributes class="edge" mode="dynamic">   <attribute id="weight" title="Weight" type="float"/></attributes>

三. 时间列转换为动态网络

问题是非常简单的,如何转换时间列为动态网络,例如如何转换一年的数值列成为一个动态网络。
想象你和一些朋友的社交网络。每个节点都是一个朋友，一个属性列是你遇到一个朋友的日期。问题是我们怎样才能将这个列转换成一个动态的时间间隔，然后通过时间线探索整个网络。
步骤1：点击数据实验室-合并列

步骤2：分别把左窗格跟时间有关的列移到右边。如果你有开始时间和结束时间，那么就将这两列移到右边。在下图中，'First Met'只是一个开始列。然后选择时间间隔在那个选择器当中。

注意，开区间似乎已经被弃用了

步骤3：选择哪列是开始，选择哪列是结束。如果没有结束时间，就留空。如果列是数字化的（整数，浮点型，长浮点型），那么就选择“parse numbers”。如果数据是string形式的，他们也可以被解析转换为时间间隔。我们的“fiist met”列就是一年中的某一天，就是一个数字而已。

四. 使用时间框架，导入多个静态的GEXF充当动态的GEXF

这个方法教你如何通过一些时间点（GEXF文件）创建一个纵向/动态网络。如果你有这么一个不同时间点的复杂网络，然后想去看随着时间改变网络和它的属性都是如何变化的，那么请看这个方法。
注意,这个方法的实现仍然处于试验阶段,而且可能不会在所有的情况下工作。一定要确认以下几点:

• 不同文件中，节点标识符完全要一样（至少标签要一致）。
• GEXF文件中设置为static
• gephi工作区要保持干净，不要有别的图
• 属性列在所有GEXF中都是一样的

1. 数据集

假如说我们有三个静态GEXF，分别是2007年的GEXF，2008年的GEXF和2009年的GEXF。
2007年的静态网络如下,注意价格属性:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><gexfxmlns="http://www.gexf.net/1.1draft"version="1.1">  <graphmode="static"defaultedgetype="directed">    <attributesclass="node"type="static">      <attributeid="price"title="Price"type="int"/>    </attributes>    <nodes>      <nodeid="1"label="Node 1">        <attvaluefor="price"value="12"/>      </node>      <nodeid="2"label="Node 2">        <attvaluefor="price"value="8"/>      </node>      <nodeid="3"label="Node 3">        <attvaluefor="price"value="5"/>      </node>    </nodes>    <edges>      <edgesource="1"target="2"weight="1" />      <edgesource="1"target="3"weight="2" />    </edges>  </graph></gexf>

2008年的静态网络如下,节点“3”消失了,一个节点出现“4”。价格和边缘的权重也已经改变了。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><gexfxmlns="http://www.gexf.net/1.1draft"version="1.1">  <graphmode="static"defaultedgetype="directed">    <attributesclass="node"type="static">      <attributeid="price"title="Price"type="int"/>    </attributes>    <nodes>      <nodeid="1"label="Node 1">        <attvaluefor="price"value="15"/>      </node>      <nodeid="2"label="Node 2">        <attvaluefor="price"value="6"/>      </node>      <nodeid="4"label="Node 4">        <attvaluefor="price"value="8"/>      </node>    </nodes>    <edges>      <edgesource="1"target="2"weight="4" />      <edgesource="1"target="4"weight="3" />      <edgesource="2"target="4"weight="1" />    </edges>  </graph></gexf>

静态网络在2009年, 节点“3”回来了,节点“2”消失了, 并且再次改变价格。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><gexfxmlns="http://www.gexf.net/1.1draft"version="1.1">  <graphmode="static"defaultedgetype="directed">    <attributesclass="node"type="static">      <attributeid="price"title="Price"type="int"/>    </attributes>    <nodes>      <nodeid="1"label="Node 1">        <attvaluefor="price"value="10"/>      </node>      <nodeid="3"label="Node 3">        <attvaluefor="price"value="3"/>      </node>      <nodeid="4"label="Node 4">        <attvaluefor="price"value="12"/>      </node>    </nodes>    <edges>      <edgesource="1"target="3"weight="5" />    </edges>  </graph></gexf>

2. 导入Gephi

按照如下步骤，可以在一个空项目中导入你的这几个GEXF文件：
步骤1：导入第一个GEXF文件，并在导入报告是选择Time Frame，单击OK。这将显示一个设置对话框。

步骤2：选择一个日期或一个数字作为时间。默认选择是一个数字,这里我们把2007年输入。单击OK,文件导入。

步骤3: 现在你重复步骤2。只是相应的时间，第二个文件选择2008、..2009等。

结果就会得到在Gephi里出现的纵向/动态网络，节点和边有他们相应的时间段。同样的，所有属性都是动态属性。数据集中的“价格”属性是DYNAMIC_INTEGER格式的列。此外，边的权重也是动态的。