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Power of Graph Analytics

Posted Updated
By Fodev JEO 8 min read

Power of Graph Analytics: Algorithms, Types, Techniques and 25 Top Python Libraries

Curiosity: How can we extract valuable insights from complex, interconnected data? What makes graph analytics powerful for understanding relationships between entities?

Graph Analytics extracts valuable insights from complex, interconnected data by representing relationships between entities through nodes and edges.

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Graph Composition

Retrieve: Basic graph structure.

ComponentDescriptionPurpose
NodesRepresent entities⬆️ Core elements
EdgesLink between entities⬆️ Relationships

Goals of Graph Analytics

Retrieve: Primary objectives.

Goals:

  • ✅ Identify key entities and their relationships
  • ✅ Discover patterns and anomalies in large-scale datasets
  • ✅ Generate recommendations and predictions based on past behavior
  • ✅ Uncover community structures within networks
  • ✅ Predict missing links and uncover hidden connections

Types of Graph Analytics

Innovate: Five main categories.

1. Graph Neural Networks (GNN)

Retrieve: Deep learning on graphs.

Definition: Class of deep learning models operating directly on graph structures.

Examples:

  • Graph Convolutional Networks (GCN)
  • Graph Attention Networks (GAT)
  • GraphSAGE

2. Feature Extraction with Centrality Measures

Retrieve: Identifying important nodes.

Purpose: Identify the most important nodes in a graph.

Examples:

  • Degree
  • Betweenness
  • Eigenvector
  • PageRank
  • Katz

3. Clustering

Retrieve: Grouping similar nodes.

Purpose: Group nodes into clusters based on structural similarity.

Examples:

  • Girvan-Newman
  • Markov Cluster (MCL)
  • Hierarchical Agglomerative Clustering (HAC)

4. Link Prediction

Retrieve: Predicting missing connections.

Purpose: Predict missing links in a graph.

Examples:

  • Louvain
  • Infomap
  • Walktrap

5. Community Detection

Retrieve: Finding dense groups.

Purpose: Identify groups of nodes densely connected within themselves but sparsely connected with the rest.

Examples:

  • Girvan-Newman
  • Clauset-Newman-Moore
  • Label Propagation
  • Walktrap
  • Fastgreedy

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Graph Analytics Techniques

Innovate: Core analytical methods.

TechniqueDescriptionUse Case
Graph TraversalVisit every node systematically⬆️ Exploration
Shortest PathFind shortest path between nodes⬆️ Routing
Connected ComponentsIdentify connected node groups⬆️ Clustering
Minimum Spanning TreeMinimum edges to connect all nodes⬆️ Optimization
Maximum FlowMaximum flow through graph⬆️ Network analysis

Top 25 Python Libraries

Retrieve: Comprehensive library list.

Core Libraries:

LibraryCategoryDescription
NetworkXCoreGeneral-purpose graph library
igraphCoreFast graph analysis
PyTorch GeometricGNNDeep learning on graphs
Deep Graph Library (DGL)GNNGraph neural networks
SpektralGNNKeras/TensorFlow GNNs
karateclubCommunityCommunity detection
CDlibCommunityCommunity detection algorithms
leidenalgCommunityLeiden algorithm
graph-toolAnalysisEfficient graph analysis
SNAP.pyAnalysisStanford Network Analysis
scikit-networkAnalysisScikit-learn for graphs
NetworKitAnalysisHigh-performance network analysis
GephiVisualizationGraph visualization
nxvizVisualizationNetworkX visualization
PyGraphistryVisualizationInteractive graph visualization
GrakelKernelsGraph kernels
GrapheinBiologyProtein graphs
markov-clusteringClusteringMCL algorithm
pyclusteringClusteringClustering algorithms
stellargraphGNNStellarGraph library
PyGGNNPyTorch Geometric
Python-I graphCorePython interface to igraph
GraknDatabaseKnowledge graph database
TulipVisualizationGraph visualization
PowerGraphDistributedDistributed graph processing

Graph Analytics Workflow

Innovate: Typical analysis process.

graph LR
    A[Raw Data] --> B[Graph Construction]
    B --> C[Graph Analysis]
    C --> D[Centrality Measures]
    C --> E[Community Detection]
    C --> F[Link Prediction]
    C --> G[GNN Training]
    D --> H[Insights]
    E --> H
    F --> H
    G --> H
    
    style A fill:#e1f5ff
    style C fill:#fff3cd
    style H fill:#d4edda

Key Takeaways

Retrieve: Graph analytics extracts insights from interconnected data using nodes and edges, with five main types (GNNs, centrality, clustering, link prediction, community detection) and 25+ Python libraries available.

Innovate: By leveraging graph analytics techniques and libraries, you can identify key entities, discover patterns, generate recommendations, uncover communities, and predict connections in complex networks.

Curiosity → Retrieve → Innovation: Start with curiosity about graph analytics, retrieve insights from available techniques and libraries, and innovate by applying graph analysis to your interconnected data problems.

Next Steps:

  • Choose appropriate library
  • Construct graph from data
  • Apply analysis techniques
  • Extract insights

Graph Analytics

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그래프 분석의 힘: 알고리즘, 유형, 기법 및 25개의 상위 Python 라이브러리 📚

Graph Analytics는 엔터티 간의 관계를 나타내는 기능을 통해 복잡하고 상호 연결된 데이터에서 귀중한 인사이트를 추출합니다.

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그래프 구성:

  • 노드: 엔터티를 나타냅니다.
  • Edge: 개체 간 링크

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그래프 분석의 목표:

  • 주요 엔터티 및 해당 관계 식별
  • 대규모 데이터 세트에서 패턴과 변칙 발견
  • 과거 행동을 기반으로 권장 사항 및 예측 생성
  • 네트워크 내 커뮤니티 구조 파악
  • 누락 된 링크를 예측하고 숨겨진 연결을 발견하십시오.

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그래프 분석 유형 :

  1. 그래프 신경망 (GNN) :

그래프 구조에서 직접 작동하는 딥러닝 모델의 한 클래스입니다.

GNN의 예는 다음과 같습니다.

  • (O) 그래프 합성곱 네트워크(GCN)
  • (O) 그래프 어텐션 네트워크(GAT)
  • (O) 그래프세이지

—-

  1. 중심성 측정을 통한 특징 추출:

중심성 측정은 그래프에서 가장 중요한 노드를 식별하는 것을 목표로 합니다.

몇 가지 예는 다음과 같습니다.

  • (O) 정도
  • (O) 중간성
  • (O) 고유벡터
  • (O) 페이지랭크
  • (O) 카츠

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  1. 클러스터링:

노드를 구조적 유사성에 따라 클러스터로 그룹화하는 것을 목표로 합니다.

몇 가지 예는 다음과 같습니다.

  • (O) 거번-뉴먼
  • (O) 마르코프 성단(MCL)
  • (O) 계층적 응집 클러스터링(HAC)

——

  1. 링크 예측:

그래프에서 누락된 링크를 예측하는 것을 목표로 합니다.

몇 가지 예는 다음과 같습니다.

  • (O) 루뱅
  • (O) 인포맵
  • (O) 보행용

——

  1. 커뮤니티 감지:

자체 내부에는 조밀하게 연결되어 있지만 네트워크의 나머지 부분과는 드물게 연결된 노드 그룹을 식별하는 것을 목표로 합니다.

몇 가지 예는 다음과 같습니다.

  • (O) 거번-뉴먼
  • (O) 클라우제트-뉴먼-무어
  • (O) 라벨 전파
  • (O) 보행용
  • (O) 빠른 욕심

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그래프 분석 기법:

  • ➊ 그래프 순회: 일반적으로 체계적인 순서로 그래프의 모든 노드를 방문합니다.

  • ➋ 최단 경로: 그래프에서 두 노드 사이의 최단 경로를 찾는 것을 목표로 합니다.

  • ➌ 연결된 구성 요소: 모두 서로 연결된 노드 그룹을 식별합니다.

  • ➍ 최소 스패닝 트리: 그래프의 모든 노드를 연결하는 데 필요한 최소 에지 세트를 찾습니다.

  • ➎ 최대 흐름: 가장자리에 대한 제약 조건이 주어지면 그래프를 통과할 수 있는 최대 흐름량을 찾습니다.

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나는 foll 25 파이썬 라이브러리를 발견했다 :

  • 📚 네트워크X
  • 📚 아이그래프
  • 📚 가라테 클럽
  • 📚 그래프 도구
  • 📚 SNAP.py
  • 📚 딥 그래프 라이브러리(DGL)
  • 📚 PyTorch 기하학
  • 📚 스펙트랄
  • 📚 스텔라그래프
  • 📚 scikit-네트워크
  • 📚 CDlib (영문)
  • 📚 라이데날그(Leidenalg)
  • 📚 markov 클러스터링
  • 📚 파이클러스터링
  • 📚 그래핀
  • 📚 NXVIZ (영문)
  • 📚 그라크
  • 📚 튤립
  • 📚 파워그래프(PowerGraph)
  • 📚 게피
  • 📚 파이지
  • 📚 Python-I 그래프
  • 📚 넷웍킷
  • 📚 그라켈
  • 📚 PyGraphistry(파이그래피스트리)
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