NetworkX Graph Analysis
Расширьте возможности Claude Code с помощью NetworkX для сложного анализа графов, визуализации сетей и алгоритмов теории графов на Python.
NetworkX — это полноценная библиотека Python для создания, манипуляции и изучения структуры, динамики и функций сложных сетей. Этот навык позволяет Claude создавать разнообразные типы графов — направленные, ненаправленные и мультиграфы — с реализацией сложных алгоритмов для поиска кратчайших путей, мер центральности и обнаружения сообществ. Будь то анализ социальных сетей, биологических систем или транспортных моделей, она предоставляет встроенные инструменты для визуализации данных и бесшовную интеграцию с популярными библиотеками для анализа данных, такими как Pandas, NumPy и SciPy.
Ключевые возможности
Примеры использования
| name | networkx | ||
|---|---|---|---|
| description | NetworkX is a Python package for creating, manipulating, and analyzing complex networks and graphs. | ||
| license | 3-clause BSD license | ||
| metadata |
|
||
| risk | unknown | ||
| source | https://github.com/networkx/networkx |
NetworkX is a Python package for creating, manipulating, and analyzing complex networks and graphs. Use this skill when working with network or graph data structures, including social networks, biological networks, transportation systems, citation networks, knowledge graphs, or any system involving relationships between entities.
Invoke this skill when tasks involve:
- Creating graphs: Building network structures from data, adding nodes and edges with attributes
- Graph analysis: Computing centrality measures, finding shortest paths, detecting communities, measuring clustering
- Graph algorithms: Running standard algorithms like Dijkstra's, PageRank, minimum spanning trees, maximum flow
- Network generation: Creating synthetic networks (random, scale-free, small-world models) for testing or simulation
- Graph I/O: Reading from or writing to various formats (edge lists, GraphML, JSON, CSV, adjacency matrices)
- Visualization: Drawing and customizing network visualizations with matplotlib or interactive libraries
- Network comparison: Checking isomorphism, computing graph metrics, analyzing structural properties
NetworkX supports four main graph types:
- Graph: Undirected graphs with single edges
- DiGraph: Directed graphs with one-way connections
- MultiGraph: Undirected graphs allowing multiple edges between nodes
- MultiDiGraph: Directed graphs with multiple edges
Create graphs by:
import networkx as nx
# Create empty graph
G = nx.Graph()
# Add nodes (can be any hashable type)
G.add_node(1)
G.add_nodes_from([2, 3, 4])
G.add_node("protein_A", type='enzyme', weight=1.5)
# Add edges
G.add_edge(1, 2)
G.add_edges_from([(1, 3), (2, 4)])
G.add_edge(1, 4, weight=0.8, relation='interacts')Reference: See references/graph-basics.md for comprehensive guidance on creating, modifying, examining, and managing graph structures, including working with attributes and subgraphs.
NetworkX provides extensive algorithms for network analysis:
Shortest Paths:
# Find shortest path
path = nx.shortest_path(G, source=1, target=5)
length = nx.shortest_path_length(G, source=1, target=5, weight='weight')Centrality Measures:
# Degree centrality
degree_cent = nx.degree_centrality(G)
# Betweenness centrality
betweenness = nx.betweenness_centrality(G)
# PageRank
pagerank = nx.pagerank(G)Community Detection:
from networkx.algorithms import community
# Detect communities
communities = community.greedy_modularity_communities(G)Connectivity:
# Check connectivity
is_connected = nx.is_connected(G)
# Find connected components
components = list(nx.connected_components(G))Reference: See references/algorithms.md for detailed documentation on all available algorithms including shortest paths, centrality measures, clustering, community detection, flows, matching, tree algorithms, and graph traversal.
Create synthetic networks for testing, simulation, or modeling:
Classic Graphs:
# Complete graph
G = nx.complete_graph(n=10)
# Cycle graph
G = nx.cycle_graph(n=20)
# Known graphs
G = nx.karate_club_graph()
G = nx.petersen_graph()Random Networks:
# Erdős-Rényi random graph
G = nx.erdos_renyi_graph(n=100, p=0.1, seed=42)
# Barabási-Albert scale-free network
G = nx.barabasi_albert_graph(n=100, m=3, seed=42)
# Watts-Strogatz small-world network
G = nx.watts_strogatz_graph(n=100, k=6, p=0.1, seed=42)Structured Networks:
# Grid graph
G = nx.grid_2d_graph(m=5, n=7)
# Random tree
G = nx.random_tree(n=100, seed=42)Reference: See references/generators.md for comprehensive coverage of all graph generators including classic, random, lattice, bipartite, and specialized network models with detailed parameters and use cases.
NetworkX supports numerous file formats and data sources:
File Formats:
# Edge list
G = nx.read_edgelist('graph.edgelist')
nx.write_edgelist(G, 'graph.edgelist')
# GraphML (preserves attributes)
G = nx.read_graphml('graph.graphml')
nx.write_graphml(G, 'graph.graphml')
# GML
G = nx.read_gml('graph.gml')
nx.write_gml(G, 'graph.gml')
# JSON
data = nx.node_link_data(G)
G = nx.node_link_graph(data)Pandas Integration:
import pandas as pd
# From DataFrame
df = pd.DataFrame({'source': [1, 2, 3], 'target': [2, 3, 4], 'weight': [0.5, 1.0, 0.75]})
G = nx.from_pandas_edgelist(df, 'source', 'target', edge_attr='weight')
# To DataFrame
df = nx.to_pandas_edgelist(G)Matrix Formats:
import numpy as np
# Adjacency matrix
A = nx.to_numpy_array(G)
G = nx.from_numpy_array(A)
# Sparse matrix
A = nx.to_scipy_sparse_array(G)
G = nx.from_scipy_sparse_array(A)Reference: See references/io.md for complete documentation on all I/O formats including CSV, SQL databases, Cytoscape, DOT, and guidance on format selection for different use cases.
Create clear and informative network visualizations:
Basic Visualization:
import matplotlib.pyplot as plt
# Simple draw
nx.draw(G, with_labels=True)
plt.show()
# With layout
pos = nx.spring_layout(G, seed=42)
nx.draw(G, pos=pos, with_labels=True, node_color='lightblue', node_size=500)
plt.show()Customization:
# Color by degree
node_colors = [G.degree(n) for n in G.nodes()]
nx.draw(G, node_color=node_colors, cmap=plt.cm.viridis)
# Size by centrality
centrality = nx.betweenness_centrality(G)
node_sizes = [3000 * centrality[n] for n in G.nodes()]
nx.draw(G, node_size=node_sizes)
# Edge weights
edge_widths = [3 * G[u][v].get('weight', 1) for u, v in G.edges()]
nx.draw(G, width=edge_widths)Layout Algorithms:
# Spring layout (force-directed)
pos = nx.spring_layout(G, seed=42)
# Circular layout
pos = nx.circular_layout(G)
# Kamada-Kawai layout
pos = nx.kamada_kawai_layout(G)
# Spectral layout
pos = nx.spectral_layout(G)Publication Quality:
plt.figure(figsize=(12, 8))
pos = nx.spring_layout(G, seed=42)
nx.draw(G, pos=pos, node_color='lightblue', node_size=500,
edge_color='gray', with_labels=True, font_size=10)
plt.title('Network Visualization', fontsize=16)
plt.axis('off')
plt.tight_layout()
plt.savefig('network.png', dpi=300, bbox_inches='tight')
plt.savefig('network.pdf', bbox_inches='tight') # Vector formatReference: See references/visualization.md for extensive documentation on visualization techniques including layout algorithms, customization options, interactive visualizations with Plotly and PyVis, 3D networks, and publication-quality figure creation.
Ensure NetworkX is installed:
# Check if installed
import networkx as nx
print(nx.__version__)
# Install if needed (via bash)
# uv pip install networkx
# uv pip install networkx[default] # With optional dependenciesMost NetworkX tasks follow this pattern:
-
Create or Load Graph:
# From scratch G = nx.Graph() G.add_edges_from([(1, 2), (2, 3), (3, 4)]) # Or load from file/data G = nx.read_edgelist('data.txt')
-
Examine Structure:
print(f"Nodes: {G.number_of_nodes()}") print(f"Edges: {G.number_of_edges()}") print(f"Density: {nx.density(G)}") print(f"Connected: {nx.is_connected(G)}")
-
Analyze:
# Compute metrics degree_cent = nx.degree_centrality(G) avg_clustering = nx.average_clustering(G) # Find paths path = nx.shortest_path(G, source=1, target=4) # Detect communities communities = community.greedy_modularity_communities(G)
-
Visualize:
pos = nx.spring_layout(G, seed=42) nx.draw(G, pos=pos, with_labels=True) plt.show()
-
Export Results:
# Save graph nx.write_graphml(G, 'analyzed_network.graphml') # Save metrics df = pd.DataFrame({ 'node': list(degree_cent.keys()), 'centrality': list(degree_cent.values()) }) df.to_csv('centrality_results.csv', index=False)
Floating Point Precision: When graphs contain floating-point numbers, all results are inherently approximate due to precision limitations. This can affect algorithm outcomes, particularly in minimum/maximum computations.
Memory and Performance: Each time a script runs, graph data must be loaded into memory. For large networks:
- Use appropriate data structures (sparse matrices for large sparse graphs)
- Consider loading only necessary subgraphs
- Use efficient file formats (pickle for Python objects, compressed formats)
- Leverage approximate algorithms for very large networks (e.g.,
kparameter in centrality calculations)
Node and Edge Types:
- Nodes can be any hashable Python object (numbers, strings, tuples, custom objects)
- Use meaningful identifiers for clarity
- When removing nodes, all incident edges are automatically removed
Random Seeds: Always set random seeds for reproducibility in random graph generation and force-directed layouts:
G = nx.erdos_renyi_graph(n=100, p=0.1, seed=42)
pos = nx.spring_layout(G, seed=42)# Create
G = nx.Graph()
G.add_edge(1, 2)
# Query
G.number_of_nodes()
G.number_of_edges()
G.degree(1)
list(G.neighbors(1))
# Check
G.has_node(1)
G.has_edge(1, 2)
nx.is_connected(G)
# Modify
G.remove_node(1)
G.remove_edge(1, 2)
G.clear()# Paths
nx.shortest_path(G, source, target)
nx.all_pairs_shortest_path(G)
# Centrality
nx.degree_centrality(G)
nx.betweenness_centrality(G)
nx.closeness_centrality(G)
nx.pagerank(G)
# Clustering
nx.clustering(G)
nx.average_clustering(G)
# Components
nx.connected_components(G)
nx.strongly_connected_components(G) # Directed
# Community
community.greedy_modularity_communities(G)# Read
nx.read_edgelist('file.txt')
nx.read_graphml('file.graphml')
nx.read_gml('file.gml')
# Write
nx.write_edgelist(G, 'file.txt')
nx.write_graphml(G, 'file.graphml')
nx.write_gml(G, 'file.gml')
# Pandas
nx.from_pandas_edgelist(df, 'source', 'target')
nx.to_pandas_edgelist(G)This skill includes comprehensive reference documentation:
Detailed guide on graph types, creating and modifying graphs, adding nodes and edges, managing attributes, examining structure, and working with subgraphs.
Complete coverage of NetworkX algorithms including shortest paths, centrality measures, connectivity, clustering, community detection, flow algorithms, tree algorithms, matching, coloring, isomorphism, and graph traversal.
Comprehensive documentation on graph generators including classic graphs, random models (Erdős-Rényi, Barabási-Albert, Watts-Strogatz), lattices, trees, social network models, and specialized generators.
Complete guide to reading and writing graphs in various formats: edge lists, adjacency lists, GraphML, GML, JSON, CSV, Pandas DataFrames, NumPy arrays, SciPy sparse matrices, database integration, and format selection guidelines.
Extensive documentation on visualization techniques including layout algorithms, customizing node and edge appearance, labels, interactive visualizations with Plotly and PyVis, 3D networks, bipartite layouts, and creating publication-quality figures.
- Official Documentation: https://networkx.org/documentation/latest/
- Tutorial: https://networkx.org/documentation/latest/tutorial.html
- Gallery: https://networkx.org/documentation/latest/auto_examples/index.html
- GitHub: https://github.com/networkx/networkx
Что это
NetworkX Graph Analysis — это скилл, предоставляющий доступ к библиотеке NetworkX (Python) для работы с графами и сетями. Он охватывает полный цикл: создание, модификацию, анализ, визуализацию и импорт/экспорт графов. Скилл предназначен для разработчиков, которым нужно обрабатывать связи между сущностями: социальные сети, биологические пути, транспортные системы, графы знаний, рекомендательные системы.
Скилл содержит встроенные справки по разделам (references/graph-basics.md, references/algorithms.md и др.) и не требует от пользователя запоминания всех API — достаточно описать задачу, и агент сможет обратиться к нужному документу.
Как работает
1. Создание и типы графов
NetworkX поддерживает четыре основных типа графов:
- Graph — неориентированный, с уникальными ребрами.
- DiGraph — ориентированный (стрелки).
- MultiGraph — неориентированный, допускает несколько ребер между узлами.
- MultiDiGraph — ориентированный + множественные ребра.
Узлами могут быть любые хешируемые объекты Python: числа, строки, кортежи, объекты. Ребрам (и узлам) можно назначать любые атрибуты — weight, relation, type и т.д.
Пример создания:
import networkx as nx
G = nx.Graph()
G.add_node("protein_A", type='enzyme', weight=1.5)
G.add_edge(1, 2)
G.add_edges_from([(1,3), (2,4)])
G.add_edge(1, 4, weight=0.8, relation='interacts')
2. Аналитические алгоритмы
Библиотека предлагает огромный набор готовых алгоритмов. Наиболее востребованные:
- Кратчайшие пути:
nx.shortest_path(G, source, target, weight='weight'). Поддерживает взвешенные графы. - Центральности:
degree_centrality,betweenness_centrality,closeness_centrality, PageRank (одноимённый). - Кластеризация:
nx.clustering(G),nx.average_clustering(G). - Компоненты связности:
nx.connected_components(G)для неориентированных,nx.strongly_connected_components(G)для ориентированных. - Выделение сообществ:
community.greedy_modularity_communities(G)(жадная оптимизация модулярности).
Все алгоритмы описаны в справке references/algorithms.md.
3. Генераторы синтетических сетей
Для тестирования, моделирования или демонстрации можно создать графы разных классов:
# Случайный граф Эрдёша-Реньи
G = nx.erdos_renyi_graph(n=100, p=0.1, seed=42)
# Безмасштабная сеть Барабаши-Альберт
G = nx.barabasi_albert_graph(n=100, m=3, seed=42)
# Сеть малого мира Уоттса-Строгаца
G = nx.watts_strogatz_graph(n=100, k=6, p=0.1, seed=42)
Также доступны классические графы (полный, цикл, решётка, дерево) и «исторические» — например, граф клуба карате Захари (nx.karate_club_graph()).
4. Ввод/вывод (I/O)
NetworkX поддерживает десятки форматов. Основные:
- Простой список рёбер —
nx.read_edgelist()/write_edgelist(). - GraphML — сохраняет все атрибуты (XML).
- GML — классический формат.
- Node-link JSON —
nx.node_link_data()/nx.node_link_graph(). - Pandas DataFrame —
nx.from_pandas_edgelist(df, 'source', 'target', edge_attr='weight'). - NumPy/SciPy массивы —
nx.to_numpy_array(),nx.from_numpy_array(),nx.to_scipy_sparse_array().
Полный список — в справке references/io.md.
5. Визуализация
Базовые рисунки строятся одной строкой: nx.draw(G, with_labels=True). Но для качественных результатов используются алгоритмы компоновки (layout) и настройки:
- Компоновки:
spring_layout,circular_layout,kamada_kawai_layout,spectral_layout. Везде рекомендуется фиксироватьseedдля воспроизводимости. - Кастомизация: цвета и размеры узлов (вплоть до отображения значений центральности), ширина рёбер, подписи, цветовые карты (
cmap). - Экспорт: можно сохранить в PNG/PDF/векторные форматы с разрешением до 300 dpi.
Справка references/visualization.md также описывает интерактивные варианты с Plotly и PyVis.
6. Типовой рабочий процесс
- Создать или загрузить граф.
- Изучить базовую структуру: количество узлов, рёбер, плотность, связность.
- Применить алгоритмы анализа: центральности, кластеризация, пути, сообщества.
- Визуализировать.
- Экспортировать граф и/или результаты в нужный формат.
Когда использовать
Этот скилл следует вызывать, когда в задаче явно фигурируют:
- Построение графа связей между объектами (люди, веб-страницы, гены, транспортные узлы).
- Расчёт метрик влиятельности (центральности, PageRank).
- Поиск кратчайшего маршрута или путей с ограничениями.
- Выявление сообществ, кластеров, подгрупп.
- Анализ структурных свойств сети (плотность, диаметр, распределение степеней).
- Сравнение графов (изоморфизм).
- Визуализация связей с настройкой под публикацию.
Важно знать
Производительность и память
- Граф загружается в оперативную память целиком. Для очень больших сетей (миллионы узлов) используйте:
- разреженные матрицы (
nx.to_scipy_sparse_array()); - приближённые версии алгоритмов (например, параметр
kвbetweenness_centrality); - работу с подграфами.
- разреженные матрицы (
- Эффективные форматы хранения:
.pickle, сжатые.graphml.gz, бинарные.
Точность чисел с плавающей точкой
Алгоритмы, основанные на вещественных весах, чувствительны к ошибкам округления — результаты могут незначительно отличаться между запусками.
Репродуцируемость
Всегда указывайте параметр seed (целое число) в случайных генераторах и алгоритмах компоновки. Иначе каждый запуск будет давать другой граф/рисунок.
Управление узлами и рёбрами
- При удалении узла автоматически удаляются все инцидентные ему рёбра.
- Для производительности старайтесь добавлять узлы группами (
add_nodes_from,add_edges_from), а не по одному в цикле.
Интеграция с экосистемой Python
NetworkX хорошо сочетается с Pandas (для табличных данных) и NumPy/SciPy (для матричных операций). Это позволяет легко встраивать графовый анализ в пайплайны обработки данных.
Резюме
Скилл «NetworkX Graph Analysis» — это швейцарский нож для работы с графами на Python. Он покрывает 90% типовых задач: от построения простого графа знакомств до публикационной визуализации научных сетей. Встроенные справки (в папке references/) делают его удобным для агента — достаточно указать, что нужно сделать, и агент найдёт точный API.
Какие типы графов я могу создать с помощью навыка NetworkX?
Вы можете создавать неориентированные графы (Graph), ориентированные графы (DiGraph) и мультиграфы (MultiGraph), допускающие несколько ребер между узлами, как для ориентированных, так и для неориентированных типов, используя любой хешируемый объект Python в качестве узла.
Поддерживает ли этот навык анализ крупномасштабных сетей?
Да, он включает эффективный ввод/вывод для различных форматов и поддерживает разреженные матричные представления через SciPy для работы с графами, требовательными к памяти, а также приближенные алгоритмы для очень больших сетей.
Могу ли я визуализировать свои графы с помощью этого навыка?
Конечно. Навык предоставляет рекомендации по использованию Matplotlib, Plotly и различных алгоритмов компоновки, таких как Spring или Kamada-Kawai, для визуализации публикационного качества.
Как NetworkX интегрируется с другими инструментами анализа данных?
Он имеет встроенную поддержку преобразования графов в Pandas DataFrames, массивы NumPy и разреженные матрицы SciPy и обратно, что делает его центральной частью стека Python для анализа данных.
Может ли Claude помочь мне реализовать пользовательские алгоритмы для графов?
Да, Claude может использовать навык NetworkX для написания пользовательской логики, используя базовые структуры узлов и ребер, предоставляемые библиотекой, расширяя встроенные функции.
Sync skills to Claude Cowork, Claude Code, Codex, and more.
Install with one command.
npx skillfish add hidorakai002/ai-workspace-archive networkxИсточник: https://mcpmarket.com/tools/skills/networkx-graph-analysis-1778982595221
Комментарии
Комментариев пока нет. Будьте первым.