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图处理系列 (一)--网络生成与图入度计算

图论和网络科学都会涉及到大量对图的特性的统计计算,一般将与图数据相关的统计、挖掘、可视化统称为图处理。本系列文章主要希望探讨多方面的图处理理论与方法,包括图的统计性质、表示方法、计算算法、计算模型以及基于图论的数据挖掘等 内容 。文章只有在
图论和网络科学都会涉及到大量对图的特性的统计计算,一般将与图数据相关的统计、挖掘、可视化统称为图处理。本系列文章主要希望探讨多方面的图处理理论与方法,包括图的统计性质、表示方法、计算算法、计算模型以及基于图论的数据挖掘等内容。文章只有在必要的情况下区分图和网络的概念,所以文章术语中的图与网络将混用。
 1.图处理引擎目前通用的图处理软件主要包括两种。一种主要基于遍历算法、实时的图数据库,如 neo4j , orientdb , dex , 和 infinitegraph .另一种则是以图顶点为中心的消息传递批处理的并行引擎,如hama , golden orb , giraph , 和 pregel .前者基本都基于tinkerpop的图基础框架,tinkerpop项目关系如图1所示:
图1 thinkerpop项目框架
其后者则主要是基于bsp模型所实现的并行图处理包。bsp是由哈佛大學viliant和牛津大學bill mccoll提出的并行计算模型。一个bsp模型由大量相互关联的处理器(processor)所组成,它们之间形成了一个通信网络。每个处理器都有快速的本地内存和不同的计算线程。一次bsp计算过程包括一系列全局超步组成,虚拟主机,超步就是计算中一次迭代。每个超步主要包括三个组件:
 2.网络生成现实世界的复杂网络包括无标度网络(scale-free network)、随机网络(random network),依赖网络(dependency network)等。其中无标度网络是由匈牙利物理学家albert-lászló barabási在绘制互联网拓扑的研究中所提出的概念,他发现随机网络(社会、生物网络)中一些节点(hubs)有比其它节点更多的连接,从而整个网络服从幂次定律(power-law)分布。于是barabási和albert提出了无标度网络的生成机制--“优先连接”,用于解释幂次定律分布的现象。因而优先连接算法生成的网络能够模拟现实世界的网络,我们采用r来实现ba 模型的网络生成,采用的igraph包。
igraph是一个开源的图(有向、无向图)生成和操作的类库,它底层由c实现,美国服务器,并实现了python, r语言的发行包,覆盖全平台(linux,window,macos)。它能够生成正则图(regular  graphs)、随机图(random graphs)等,能给顶点和边赋值,香港服务器,还可以计算不同的结构属性、图同构等。igraph支持的格式包括:edge list,pajek,graphml等。edge list是简单的txt文件,使用顶点id来定义边。graphml基于xml,用来存储图的边和顶点属性。更多的格式内容请参考igraph帮助文档。用法如下所示:
barabasi.game(n, power = 1, m = null, out.dist = null, out.seq = null,out.pref = false, zero.appeal = 1, directed = true,algorithm = c(, , ),start.graph = null)
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