Gephi可视化

Posted 于继海

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Gephi可视化相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　继在园子里写的《Gephi可视化（一）——使用Gephi Toolkit创建Gephi应用》介绍了如何使用Gephi Toolkit工具集进行可视化编程后，本篇对Gephi Toolkit进行一个详尽的介绍，了解其工作原理以及与Gephi应用程序之间的差异，Gephi Toolkit对于平台的要求使用方法，最后通过比较可视化工具集Prefuse，列举两种可视化工具之间的相似之处。

　　Gephi Toolkit是一个标准的java类库，任何java工程都可以引入使用（包括eclipse、netbeans等），该类库中包含了Gephi中必要的模块，如Graph、Layout、Filters、IO等。

　　该工具包只有一个jar文件，可以在java应用中使用，其保留了Gephi的绝大部分特性。

　　官网主页：           http://gephi.github.io/toolkit/

　　GitHub主页：      https://github.com/gephi/gephi-toolkit-demos

 

　　工作原理：

　　Gephi是基于模块化的思想设计的，其真正的体现了高内聚低耦合的思想。每个模块负责不同的职责，比如有专门负责图形结构的Graph，有专门用于布局的Layout。这里的Gephi Toolkit就是剥离了Gephi源码中的user interfaces modules（用户界面模块），并能够保证程序正常运行的工具集，这也正是该工具集存在的意义。通过下图我们可以大致了解Gephi以及Gephi Toolkit之间的关系：

从图中看出，也正是剥离了与Netbeans的依赖模块，才使得Gephi Toolkit也可以在Eclipse或是MyEclipse中运行（Gephi是基于Netbeans平台开发的）。

Gephi Toolkit从0.8版本开始就添加了预览功能，可以保证在编写可视化需求代码后通过PreviewController类进行可视化展现，并支持缩放。

 

　　下面我们还是通过走代码的形式一探Gephi Toolkit

　　1.创建项目是必不可少的环节，值得一提的是，Gephi支持多工作空间，这个类似于Linux的多个工作区(即桌面)的机制（听说Win10也支持这种多桌面的效果了）。Gephi中不同的Workspace的同时进行不同图形的展示与操作。

　　代码如下：

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//Init a project - and therefore a workspace
ProjectController pc = Lookup.getDefault().lookup(ProjectController.class);
pc.newProject();
Workspace workspace = pc.getCurrentWorkspace();

　　

　　2.通过Lookup全局类，得到各个对象的操作模型或控制器（个人感觉Lookup采用的是反射的原理获得类的对象，没有深究）

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GraphModel graphModel = Lookup.getDefault().lookup(GraphController.class).getModel();
PreviewModel model = Lookup.getDefault().lookup(PreviewController.class).getModel();
PreviewController previewController = Lookup.getDefault().lookup(PreviewController.class);

　　GraphModel好比存放整个图形元素的容器，包括节点、边、标签等信息；PreviewModel等于获得了一个如何进行预览展现的操作入口。

 

　　3.在工作空间中导入数据，不同于上篇中直接读取数据文件，这里采用生成随机图形的方法，定义随机生成节点个数500，边与边连线的概率为0.005，并用Container容器进行接收数据；使用导入接口控制器将Container加载到工作空间Workspace中。

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//Generate a new random graph into a container
Container container = Lookup.getDefault().lookup(ContainerFactory.class).newContainer();
RandomGraph randomGraph = new RandomGraph();
randomGraph.setNumberOfNodes(500);
randomGraph.setWiringProbability(0.005);
randomGraph.generate(container.getLoader());
          
//Append container to graph structure
ImportController importController = Lookup.getDefault().lookup(ImportController.class);
importController.process(container, new DefaultProcessor(), workspace);

　　

　　4.通过自动化布局类AutoLayout向其中添加各种布局算法。这里先后分别加入了ForceAtlasLayout布局以及YifanHuLayout布局，设置执行时间为一分钟。

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AutoLayout autoLayout = new AutoLayout(1, TimeUnit.MINUTES);
autoLayout.setGraphModel(graphModel);
YifanHuLayout firstLayout = new YifanHuLayout(null, new StepDisplacement(1f));
ForceAtlasLayout secondLayout = new ForceAtlasLayout(null);
AutoLayout.DynamicProperty adjustBySizeProperty = AutoLayout.createDynamicProperty("forceAtlas.adjustSizes.name", Boolean.TRUE, 0.1f);//True after 10% of layout time
AutoLayout.DynamicProperty repulsionProperty = AutoLayout.createDynamicProperty("forceAtlas.repulsionStrength.name",new Double(500.), 0f);//500 for the complete period
autoLayout.addLayout(firstLayout, 0.5f);
autoLayout.addLayout(secondLayout, 0.5f, new AutoLayout.DynamicProperty[]{adjustBySizeProperty, repulsionProperty});
autoLayout.execute();

　　通过查看AutoLayout类的源码，我们发现autoLayout.addLayout()方法中的autoLayout其实就是一个List集合。

 

　　5.说了这么多，我们做可视化的还是需要眼见为实，可以通过PreviewModel设置展示的参数，如是否显示节点上的标签、边的颜色粗细等。

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model.getProperties().putValue(PreviewProperty.SHOW_NODE_LABELS, Boolean.TRUE);
model.getProperties().putValue(PreviewProperty.NODE_LABEL_COLOR, new DependantOriginalColor(Color.WHITE));
model.getProperties().putValue(PreviewProperty.EDGE_COLOR, new EdgeColor(Color.WHITE));
model.getProperties().putValue(PreviewProperty.EDGE_THICKNESS, new Float(0.1f));    model.getProperties().putValue(PreviewProperty.BACKGROUND_COLOR, Color.BLACK);
model.getProperties().putValue(PreviewProperty.NODE_LABEL_FONT, model.getProperties().getFontValue(PreviewProperty.NODE_LABEL_FONT).deriveFont(8));
previewController.refreshPreview();
          
//New Processing target, get the PApplet
ProcessingTarget target = (ProcessingTarget) previewController.getRenderTarget(RenderTarget.PROCESSING_TARGET); PApplet applet = target.getApplet();
applet.init();
     
//Refresh the preview and reset the zoom
previewController.render(target);
target.refresh();
target.resetZoom();
     
//Add the applet to a JFrame and display
JFrame frame = new JFrame("Test Preview");
frame.setLayout(new BorderLayout());       
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.add(applet, BorderLayout.CENTER);
frame.pack();
frame.setVisible(true);

　　

　　所有需要的参数配置好后，将其添加到JFrame进行界面化展示。

　　程序运行过程中的图片：

         

         

         

　　从图形可以看出分别执行了YifanHuLayout和ForceAtlasLayout布局。

 

　　看完Gephi Toolkit在构建图形、添加布局效果、展现图形的过程，还是忍不住拿来和Prefuse对比下，虽然有些类的名称不同，但是在处理手法上都有异曲同工之妙，下面简单列出几点相似：

　　1.Workspace(Gephi)和Visualization(Prefuse)

　　Prefuse中的Visualization是一个数据中心，所以的数据最终要汇集到数据中心中，包括图形的结构、如何渲染、布局的添加等等；Gephi的Workspace也是一个内部顶级容器，与Visualizaiton作用相似，通过代码

1 previewController.refreshPreview();

　　进入refreshPreview（）方法可以发现也是更新Workspace对象，也就是更新其中的数据。

 

　　2.GraphModel（Gephi）和VisualGraph（Prefuse）

　　Prefuse中的VisualGraph是指完成了从Graph到数据中心中的Graph的过程，其在原始的Graph图形上添加了节点或边以及其他元素如何最终绘制出来，包含了很多关于最终绘制的配置元素；Gephi的GraphModel也是获得了对于Graph的操作对象，利用它可以对Graph进行想要的操作

 

　　3.AutoLayout（Gephi）和ActionList（Prefuse）

　　Prefuse中的ActionList是一个List集合，通过这个容器可以向其中添加许多的Action（即各种展示效果或约束）；Gephi中的AutoLayout也是类似的数据接口，通过查找方法autoLayout.addLayout（）的源码，发现也是将想要的布局添加到一个List集合中。

　　当然，两款工具集的相同点不仅限于于此，同时，两者之间也还有很多的差异，具体细节欢迎加入公告栏左侧群讨论。

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　　本文链接：《Gephi可视化（二）——Gephi Toolkit叫板Prefuse》

 

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