PythonでInteractive Network Graph Visualization！

by yamatia

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Pythonで Interactive Network Graph Visualization @ebitia 2020/7/31 Members. data #2 データ可視化・ライブラリ LT編

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whoami Ebitia - 薬学部6年 - 研究室でNLP - 最近冷やしAtCoder始めました @TwYamat

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TABLE OF CONTENTS INTRODUCTION どんなグラフを可視化したいか？ TOOLS Pythonではどんなものがある？ PRACTICE 実際に可視化してみる CONCLUSION まとめ APPENDIX おまけ 01 02 04 05 03

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01 INTRODUCTION どんなグラフを可視化したいのか？ - AtCoder Graph - Molecular Graph - Word Graph

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AtCoderとは？ - 日本の競技プログラミングコンテストサイト (天才以外お断りパズルコンテストとも呼ばれる) - ほぼ毎週コンテストが無料開催 - 問題の条件を満たすプログラミングのスピードや正確性を競う CASE1:AtCoder

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この問題文にはグラフ例が書いてあるが、書いてない問題もある入力が複雑だとイメージできない(当社比) (他の形式として、有向/重み付き/木構造/grid/etc...) AtCoderのグラフ問題

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ChEMBLから取得できる医薬品の構造データ構造を見れるサイト、ツールはいろいろあるが重み付き無向グラフとして扱うこともできる CASE2:分子構造のグラフ

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テキスト解析で、単語の関係性を見たい場合似た意味・関連語を近くに置いたグラフを作成する例えば - Jaccard係数での共起ネットワーク可視化 - Word embeddingを3Dグラフで可視化 CASE3:単語の関係性

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要するに Nodeとedgeの集合として与えられたグラフをいい感じに可視化したい (できればinteractiveに)

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TOOLS pythonでグラフ可視化に使えるモジュールいろいろ紹介 02

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- NetworkX - Graph-tools - python-igraph - Graphviz - pyvis 上記と組み合わせると便利なもの - webweb - netwulf Pythonでinteractive graph visualization

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・意外とたくさんある・基本的にはNetworkXでは色んなオプションがあるので便利・速度比較すると、graphviz,graph-toolsよりも遅い場合もある(微妙に) ・NetworkXにはいろいろ拡張モジュールが開発されているので便利どのツールを使えばいいのか？

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・Netwulfとは？ NetworkXのスタイルをインタラクティブに設定できるモジュール例：NetworkX+Netwulf

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PRACTICE 実際にpythonでinteractive 03

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・NetworkXで作ったグラフをpyvisでhtml化して可視化できる [demo] NetworkX+pyvis+jupyter notebook

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・最近streamlitが流行と聞いたので... [demo] NetworkX+streamlitでAtCoderの可視化

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CONCLUSION 04

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- Networkx+○○でinteractive network graph が作成できる、小さな用途では十分？ - 大規模ネットワーク等では速度なども要検証 - AtCoderのグラフ可視化については今後作っていきたい所存(意外と奥が深かった...) まとめ

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APPENDIX 05 おまけ

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NodeとEdgeの情報が与えられたとして (どのnode同士が結ばれてるか/辺の重み,向きなど) どうやったらグラフを綺麗に描画できるのか？求めることは意外とたくさんある... ノードが重ならない方がいい、グラフの面積が大きすぎないほうがいい、辺の交差は少ないほうがいい、辺の角度も小さすぎないほうがよい、etc… (余談)Graph Drawingについて①

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色んな理論が研究されているが、その中でも有力なものとして力学モデルがある今回紹介するツールでは以下の2つが組み込まれているものが多い・Kamada-Kawai法・Fruchterman-Reingold 法 (余談)Graph Drawingについて②

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今回紹介したnetworkxでは、springlayoutで Fruchterman-Reingold法 1. ランダムに頂点配置 2. 頂点間に働く力を計算 3. 頂点を力に従い移動 4. 温度tを下げる 5. 2～4を繰り返す (default=50) (余談)Graph Drawingについて③

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