Igraph入门指南

一、图的结构

图是顶点和边的集合，而边是通过顶点来描述。顶点和边，要用集合的理念去操作。

1、igraph中与图结构相关的函数

 +.igraph(),
add_edges(), add_vertices(), 
complementer(),compose(), connect(), contract(), 
delete_edges(), delete_vertices(), 
difference(), difference.igraph(),
disjoint_union(),
edge(), 
igraph-minus, intersection(), intersection.igraph(), 
path(),
permute(),
rep.igraph(), reverse_edges(), 
simplify(), union(), union.igraph(), 
vertex()

2、图的基本要素——顶点(vertex)

2-1 检索顶点序列：V(g)函数

V(g)得到图的顶点序列。这个顶点序列通常用作igraph其他函数的参数，用于指代图的顶点。顶点序列被限定到具体图的特定顶点，一个图的V(g)不能与另一个图一起使用。

在实现级别上，顶点序列只是一个包含数字顶点id的向量，但它有一个特殊的类属性，可以对其执行特定于图的操作，例如基于图结构或顶点属性选择顶点的子集。

# 未名图的顶点id
> g <- make_ring(10)
> V(g)
+ 10/10 vertices, from d684cd6:
 [1]  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10


# 命名图的顶点id
> g <- make_ring(10) %>% set_vertex_attr('name',value=letters[1:10])
> V(g)
+ 10/10 vertices, named, from 2f141f4:
 [1] a b c d e f g h i j

 # 注意，命名图的名只能用'name'，用'label'不会给图的顶点命名
 > g <- make_ring(10) %>% set_vertex_attr('label',value=letters[1:10])
> V(g)
+ 10/10 vertices, from 935689e:
 [1]  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10

顶点序列通常由V（g）函数创建。这样做的结果包括按顶点id递增顺序排列的所有顶点。顶点序列可以通过数字向量进行索引，就像其他R向量一样。

用V(g)可以查询或设置图顶点的所有属性，在实际操作中，可以把V(g)的结果当作一个对象，与图顶点相关的属性是这个对象的属性（也就是变量），可以通过V(g)$attrib的语法来访问和设置这些顶点属性，这与面向对象编程的语法也是相似的。

> V(g)[3:5]
+ 3/10 vertices, from 935689e:
[1] 3 4 5
> V(g)[3:5]$color <- 'red'
> plot(g)

顶点序列可以像普通的数字R向量一样进行索引，但需要一些额外的功能。

2-2 V(g)的二次检索：[] & [[]]函数（igraph-vs-indexing）

在igraph中，顶点序列可以使用单方括号和双双括号运算符进行索引，并且它们的工作方式相同。它们之间唯一的区别是双方括号操作符会标记打印顶点属性的结果。

方括号中的索引共有正数向量、负数向量、逻辑向量、字符向量四种模式：

• 用正数向量进行索引时，会选择序列中给定位置的顶点。

• 用负数值向量进行索引时，序列中给定位置的顶点将被省略。

• 用逻辑向量进行索引时，顶点序列的长度和索引必须匹配，并选择索引为TRUE的顶点。

• 命名图可以使用字符向量进行索引，以选择具有给定名称的顶点。

在命名图中，可以用V(g)[name=="foo"]（等价于V(g)[V(g)$name=="foo"]的语法索引图的顶点，假如当前环境中有一个变量的名字也叫 foo， igraph会优先引用顶点名，如果想引用变量，需要用V(g)[.env$foo]

# 顶点名优先
> V(g)[.env$soo]$color <- 'orange'
> plot(g)
> foo <- 'pee'
> g <- make_ring(3) %>% set_vertex_attr('name',value=c('foo','pee','duu'))
> V(g)[name=='foo']$color <- 'red'
> plot(g)

# 引用环境中的变量需要加前缀.env$
> V(g)[.env$soo]$color <- 'orange'
> plot(g)

方括号中可以使用表达式，igraph并提供了几个专用函数

.nei：邻居，将顶点序列作为其参数，并选择这些顶点的邻居。如果是有向图，还可以通过mode=“out”或mode=”in“来设置邻居的模式。

> g <- make_graph(c(1, 2, 2, 3, 2, 4, 4, 2,5,6))
> plot(g)
> V(g)[.nei(c(2, 5))]
+ 4/6 vertices, from 7205bdc:
[1] 1 3 4 6
> V(g)[.nei(c(2, 4), "in")]
+ 3/6 vertices, from 7205bdc:
[1] 1 2 4
> V(g)[.nei(c(2, 5), "in")]
+ 2/6 vertices, from 7205bdc:
[1] 1 4
> V(g)[.nei(c(2, 5), "out")]
+ 3/6 vertices, from 7205bdc:
[1] 3 4 6

前面说过，顶点的属性可以视为对象的属性（变量），所以也可以用这些属性的值来检索顶点

g <- make_graph(~ A -+ B, B -+ C:D, D -+ B)
V(g)$color <- c("red", "red", "green", "green")
V(g)[color == "red"]
+ 2/4 vertices, named, from e0ac217:
[1] A B

注意[与[[的区别，[[可以打印顶点的所有属性

> g <- make_ring(10) %>% 
+   set_vertex_attr('name',value=letters[1:10]) %>% 
+   set_vertex_attr('color',value='red')
 V(g)
+ 10/10 vertices, named, from 8ea2563:
 [1] a b c d e f g h i j
> V(g)[]
+ 10/10 vertices, named, from 8ea2563:
 [1] a b c d e f g h i j
> V(g)[[]]
+ 10/10 vertices, named, from 8ea2563:
   name color
1     a   red
2     b   red
3     c   red
4     d   red
5     e   red

2-3 显示全部或指定顶点的属性：vertex_attr函数

函数参数可以提供属性的名称，如果不提供该参数，则打印所有属性

可以通过指定顶点的索引号来限制显示的具体内容

> vertex_attr(g)
$name
 [1] "a" "b" "c" "d" "e" "f" "g" "h" "i" "j"

$color
 [1] "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red"

> vertex_attr(g,'color')
 [1] "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red"
> vertex_attr(g,'name',4:7)
[1] "d" "e" "f" "g"

2-4 只显示顶点属性名：vertex_attr_names函数

> vertex_attr_names(g)
[1] "name"  "color"

2-5 设置指定顶点的属性：vertex_attr <-函数，单独使用，每次调用可以同时设置多个属性

q <- make_ring(10)
vertex_attr(q)<-list('label'=LETTERS[1:10],
                     'color'=rep('red',gorder(g)))

本函数有两个坑：

一是需要用list()包裹各个属性；

二是属性值必须是gorder(g)长度的向量，如果是单一值，比如color='red'，需要用rep()函数来确保向量长度符合要求

本函数与set_vertex_attr()对比：

从帮助文件示例看，set_vertex_attr()用在图创建过程中，可以接在make_函数后面，而本函数却是独立成行，不能用在make_函数后面，因为本函数带有赋值函数<-，自然无法用在管道函数中间

2-6 设置指定顶点的属性：with_vertex_函数，在管道函数中使用，每次调用可以同时设置多个属性

用于添加顶点属性的构造函数修饰符

与vertex_attr <-相比：

一是不需要list()

二是两者设置顶点属性都用‘名=值’的形式

三是本函数中的属性值不必须具备固定长度

四是本函数中的属性名不能加引号

五是本函数似乎只能用在make_内

六是本函数用在管道函数中，得到的对象是igraph_constructor_modifier

> make_(ring(10),
+   with_vertex_(
+     color='red',
+     weight=3,
+     name=letters[1:10]
+   )) %>%vertex_attr()
$color
 [1] "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red" "red"

$weight
 [1] 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

$name
 [1] "a" "b" "c" "d" "e" "f" "g" "h" "i" "j"

2-7 设置顶点属性：set_vertex_attr函数，在管道函数中使用，每次调用只能设置一个属性

> g <- make_ring(10) %>% 
+   set_vertex_attr('name',value=letters[1:10]) %>% 
+   set_vertex_attr('color',value='red')

2-8 设置顶点属性：语法糖V(g)$，每次调用只能设置一个属性

> V(g)$weight <- 3
> V(g)[[]]
+ 10/10 vertices, named, from 8ea2563:
   name color weight
1     a   red      3
2     b   red      3
3     c   red      3
4     d   red      3