R语言︱SNA-社会关系网络 R语言实现专题（基础篇）（一）

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笔者寄语：这里所有的应用代码都来自与igraph包。《R语言与网站分析》书中第九章关系网络分析把大致的框架已经描述得够清楚，但是还有一些细节需要完善，而且该书笔者没找到代码。。。

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一、关系网络数据类型

关系网络需要什么样子的数据呢？ 笔者接触到了两种数据结构，擅自命名：平行关系型、文本型。根据数据关联，也有无向数据、有向数据。

并且关系网络生成之后，R里面就不是用真实的名字来做连接，是采用编号的。例如（小明-小红）是好朋友，在R里面就显示为（1-2），所以需要单独把名字属性加到序号上。

1、平行关系型

（1）无向平行数据。直接上例子比较直观，社交网络中的好友关系，你-我，我-他。这样排列，是无向

id1	di2
小明	小红
小张	小白
小红	小胖
小胖	小蓝
小白	小明
小白	小张
小明	小胖

很简单的两列数据，说明了小明-小红、小张-小白的社会关系。当然需要注意，重名问题，名字可能有重叠，可以给每个人一个编号，这样就不会出现重名。

实战中，一般是拿编号作为输入变量，拿名字作为编号的标签，加入到关系网络中。

（2）有向平行数据。举一个书（《R语言与网站分析》）上的例子。解读一下这个图，这是一条微博的转发情况，“老牛”用户这个微博号转发，让“晴”、“四眼看八方”两个用户看到了。

“老牛”用户发出，“晴”、“四眼看八方”用户分别接收到。

2、文本型

文本型主要针对的是文本数据，笔者在参赛时就用到这个。文本型也有两种情况：有向型以及词条-文本矩阵。这部分内容跟文本挖掘相关，关于分词内容可以参考中文分词包Rwordseg。

（1）有向型就如同平行关系型有向数据结构一样，人名-词条两个

（2）词条-文本矩阵

文本挖掘中，一般都能获得这个矩阵，可以看一下tm包的博客，文档-词频矩阵。tm包中用DocumentTermMatrix函数可以获得。

跟上面的对比一下就了解，变成了一个稀疏矩阵，相关的关联规则、随机森林中中也会用到这个矩阵。tm包可以实现，也可以通过reshape包中的cast函数，构造这个函数。

需要原来的数据框调整为以每个词作为列名称（变量）的数据框。也就是一定意义上的稀疏矩阵（同关联规则），也就是将long型数据框转化为wide型数据框。转换可以用的包有reshape2以及data.table。

其中，data.table里的`dcast`函数比reshape2包里的`dcast`好用，尽管他们的参数都一样，但是很多人还是比较喜欢老朋友reshape2包,然而这一步需要大量的内存，本书在服务器上完成的，如果你的电脑报告内存不足的错误，可以使用data.table包里的`dcast`函数试试。转化为稀疏矩阵，1表示访问，0表示未访问。

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二、构造关系网络

1、自编译函数init.igraph

看到了数据类型，大概知道其实需要两样东西，一个起点数据列、一个终点数据列。那么构造数据就只需要调用一下函数，在这里选用《R语言与网站分析》书中第九章关系网络分析中，李明老师自己编译的函数来直接构造。

在使用之前需要library调用igraph包，该函数的好处就是直接帮你打上点标签以及线标签。

init.igraph<-function(data,dir=F,rem.multi=T){
  labels<-union(unique(data[,1]),unique(data[,2]))
  ids<-1:length(labels);names(ids)<-labels
  from<-as.character(data[,1]);to<-as.character(data[,2])
  edges<-matrix(c(ids[from],ids[to]),nc=2)
  g<-graph.empty(directed = dir)
  g<-add.vertices(g,length(labels))
  V(g)$label=labels
  g<-add.edges(g,t(edges))
  if (rem.multi){
    E(g)$weight<-count.multiple(g)
    g<-simplify(g,remove.multiple = TRUE,
                remove.loops = TRUE,edge.attr.comb = "mean")
  }
  g
}

这个函数有这么几个参数：

data,是两列关系数据，前面已经讲过了，只能两列，而且要同等长度；

dir，逻辑值，T代表有向图，F无向图；

rem.multi，逻辑，T删除重复变量并更新线权重weight，F不删除并且线权重为1。 使用方法直接init.igraph(data，dir=T,rem.multi=T)即可。

2、文本型数据

一般数据结构都可以套用上面的函数，包括平行关系型的有向、无向；文本型。其中对于文本矩阵型数据还有一个办法，参考于统计词画番外篇（一）：谁共我，醉明月？

利用igragh包中的graph_from_adjacency_matrix函数。

adjm <- matrix(sample(0:1, 100, replace=TRUE, prob=c(0.9,0.1)), nc=10)
g1 <- graph_from_adjacency_matrix( adjm ,weighted=TRUE,mode="undirected")

   ## 给稀疏矩阵行列进行命名
rownames(adjm) <- sample(letters, nrow(adjm))
colnames(adjm) <- seq(ncol(adjm))
g10 <- graph_from_adjacency_matrix(adjm, weighted=TRUE, add.rownames="row",add.colnames="col")

代码解读：adjm是随便构造的一个矩阵，函数；

graph_from_adjacency_matrix中，

weighted=TRUE，是否需要加入权重； mode有directed, undirected, upper, lower, max, min, plus有这么几种，min代表把无向图中，只选取最小数字的线（1,1）与（1,2）只选择（1,1）。具体请参看函数官方解释。

add.rownames以及add.colnames，因为前面的自编译函数init.igraph可以自定义标签，这里定义名称，可以用add.rownames加入标签列，这样你可以用V（g10）$row以及V（g10）$col直接看到标签。其中还可以自己定义名字，row，col都是笔者自己定义的。

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三、一些基本操作

关系网络中，每一个点的信息存放在V中，每一个线的信息存放在E中。并且通过自编译的init.igraph函数，V（g）$label以及E(g)$weight都是自带的属性。

可以生成一个空的关系网络。

并且关系网络生成之后，R里面就不是用真实的名字来做连接，是采用编号的。例如（小明-小红）是好朋友，在R里面就显示为（1-2），所以需要单独把名字属性加到序号上。

g<-graph.empty(directed=F)

1、关系网络中的点集V

点集就是网络中所有的点，如有向文本型那个数据格式，包括了14个点；7条线。

（1）点集属性

点集与数据框的操作很相似，属性是可以自己赋上去的，比如V（g）$label就是赋上去的，你还可以给点集加上颜色（V(g)$color）、加上每个点的尺寸(V(g)$size)，加上分类（V(g)$member）

点集的选择跟数据框操作一样，比如我要选择群落为1的点集，就是V(g)[which(V(g)$member==1)]

比如我要选择点度数大于1的点集，V(g)[degree(g)>1]

如果我想知道一下这两个点之间是否有关系，可以用edge.connectivit函数，edge.connectivity(g, 4,9) 代表着第四个点与第九个点之间是否有连接关系。返回的0/1。0是没有线，1代表有线。

（2）点集加减操作

我想在原来的基础上加入一些点，用add.vertices

g<-add.vertices(g,length(labels))#关系网络中加入“点”

如果我想减去点度数为0的点

g<-g-V(g)[degree(g)==0] 

（3）相邻点的集合——neighbors（很重要）

neighbors(g.zn,v=which(V(g.zn)$label=="会计"))
V(g.zn)$label[neighbors(g.zn,v=which(V(g.zn)$label=="取向"),mode="total")]
   #默认mode设置是out，还有 in,total；其中V(g.zn)$label和V(g.zn)一个返回标签，一个返回值

eighbors可以找出标签如果是“会计”的点，与之有关系的点的序号是啥；不过你也可以通过V（g.zn）$label让临近点的标签一起筛选出来

其中mode代表点出度（out）以及点入度（in），还有两个都有的点度（total）。 该函数可以对于点集，做附近的画像，比较好用。

2、关系网络中的线集E

（1）线集的类型

关系网络中线的关系比较多，loop线就是循环到自己的点，1-2-1；multiple代表线的重叠。

which_loop(g)  #线是否能够指回自己，1-1就是指回自己
which_multiple(g)  #是否有重复线，后面1-1与前面1-1重复了

（2）线集属性

线的属性中，自编译函数能够拿到线权重，E(g)$weight。但是没有标签项，这时候需要用set_vertex_attr加入线标签。

g<-set_vertex_attr(g,"name",value=V(g)$label)

原理就是把点集的标签，打到线集上来，name是默认的设置。 线集的属性中也可以跟数据集一样进行筛选操作。

temp<-E(g)[order(E(g)$weight>25000)]

（3）线集加减

线集的加减可以用add.edges以及-来实现

g<-add.edges(g,t(edges))  #edges需要先转置
g<-g-E(g)[(weight>1)]  #删除部分线

其中需要注意，add.edges中，需要把列数据，转置为行数据，平放id与词条。

同时线集也会有重复性的问题，见下文count.multiple(g) 以及simplify函数。

还有一些特别的函数，diameter(g)可以做到最长的链接经过了多少根线。

4、关系网络的重复性问题

在关系网络中，重复是常见的，而且无向线中1-2与2-1是重复的，重复线的数量也可以作为线的权重。也就是E（g）$weight。其中igrarh包中笔者看到两个函数跟重复性问题有关。count.multiple(g) 以及simplify函数。

（1）count.multiple(g) 函数

可以获得网络中线的重复情况。不重复是1，重复一次+1。比如：无向网络（1-2,2-3，2-1）就是（2，1，2）

等价于E（g）$weight

（2）simplify函数

函数常规式:simplify(g,remove.multiple = TRUE,remove.loops = TRUE,edge.attr.comb = "mean")

其中loops是指是否循环回自己，比如1-2-1就是一个循环到自己；multiple是指重复比如1-2,2-1。

h <- graph( c(1,2,1,2,3,3,2,1,4,4) );h   
is_simple(h)
simplify(h, remove.loops=FALSE)   #线重复，删除a->b,a->b删掉
simplify(h, remove.loops=TRUE)    #在线方向性重复基础上删掉点重复，a->a,b->b
simplify(h, remove.multiple=FALSE)#删掉点重复
simplify(h, remove.multiple=TRUE)#删掉点重复同时，删除线a->b,a->b
simplify(h, remove.multiple=TRUE,remove.loops=TRUE) #删掉线重复、点重复

simplify函数识别了两种重复方式，一种是线重复，比如1-2,2-1,；一种是点重复比如1-1,2-2就是点重复。

remove.multiple=TRUE，把重复的线删除 edge.attr.comb,使用重复次数来更新线权重E(g)$weight

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