manim边学边做--无向图

田春磊

无向图属于数学中的图论这一学科，
所谓无向图G，就是由顶点集V（非空集合）和边集E（由V中元素构成的无序二元组的集合）组成的图，
可表示为G=(V,E)。
在无向图中，边没有方向，即从顶点A到顶点B的边与从顶点B到顶点A的边是相同的。
无向图简洁直观，常用于描述社交网络，交通网络以及电子电路等等。
在社交网络中，用户可以被视为顶点，而用户之间的关系则可以被视为边。
因为好友关系通常是双向的，没有明确的方向性，非常适合用无向图来表示。
在城市交通规划中，可以将各个路口或交通节点视为顶点，而将路口之间的道路或交通线路视为边。
因为道路通常是双向通行的，所以也适合用无向图来表示。
在电子电路设计中，可以将各个电子元件（如电阻、电容、电感等）视为顶点，而将元件之间的连接关系（如导线连接）视为边。
无向图可以表示这种电路结构，因为电路中的电流和信号通常是双向传输的。
下面介绍manim中绘制无向图的对象Graph。
1. 主要参数

无向图对象Graph主要参数有：
参数名称类型说明verticeslist图的顶点列表edgeslist图的边列表，每个边labelsdict顶点是否显示标签文本label_fill_colorstr标签的背景色layoutstr图中定点的布局方式layout_configdict配置如何布局图中各个顶点layout_scalefloat图各个顶点布局的比例vertex_typeMobject顶点的类型，不一定是点，也可以是manim中其他的对象vertex_configdict顶点相关的配置vertex_mobjectsdict一系列的顶点对象edge_typeMobject边的类型，不一定是线，也可以是manim中其他的对象edge_configdict边相关的配置paritionslistroot_vertexdict这些参数中，vertices和edges相关的参数（比如xxx_type，xxx_config）比较好理解。
labels参数设置是否需要显示顶点的标签，默认是把vertices的数值作为标签的内容。
layout参数内置了多种现成的布局方式：

• 'circular',
  
• 'kamada_kawai'
  
• 'partite'
  
• 'planar'
  
• 'random'
  
• 'shell'
  
• 'spectral'
  
• 'spiral'
  
• 'spring'
  
• 'tree'
  

layout_config参数可以对上面现成布局方式的进行微调。
最后两个参数paritions和root_vertex比较特殊，
paritions只能在layout设置为'partite'时使用，用来生成层状的图（比如描述神经网络的图），
paritions用来设置每一层包含哪些顶点；
root_vertex只能在layout设置为'tree'时使用，用来树状图，
root_vertex用来设置树的根节点。
后面的示例会演示如何使用paritions和root_vertex来生成层状和树状的无向图。
2. 主要方法

无向图Graph的方法主要用来动态改变无向图，比如添加或删除顶点和边。
名称说明add_edges增加无向图的边add_vertices增加无向图的顶点remove_edges删除无向图的边remove_vertices删除无向图的顶点change_layout动态改表无向图的结构from_networkx从networkx来生成无向图networkx是另一个常用的Python库，用于创建、操作和研究复杂网络的结构。
Graph对象可以直接根据networkx的对象生成图。
3. 使用示例

下面通过示例了解Graph对象的使用。
3.1. 顶点的配置

顶点默认是Dot对象，可以设置其大小和颜色，也可以添加标签，也就是在顶点中显示文字。
更进一步，设置可以改变顶点的形状，使用manim中的其他几何对象来作为图的顶点。

1. # 不同颜色的设置
2. graph = Graph(
3.     vertex_config={
4.         0: {"color": RED},
5.         # ...
6.     },
7. )
9. # 顶点显示标签
10. graph = Graph(
11.     labels=True,
12. )
14. # 星形顶点
15. graph = Graph(
16.     vertex_config={"outer_radius": 0.15},
17.     vertex_type=Star,
18. )

复制代码

3.2. 边的配置

无向图的边也和顶点一样，可以设置颜色，粗细等属性，此外还可以将默认的直线改成虚线。

1. # 边的颜色
2. graph = Graph(
3.     edge_config={
4.         (0, 1): {"color": RED},
5.         # ...
6.     },
7. )
9. # 边的粗细
10. graph = Graph(
11.     edge_config={
12.         (0, 1): {"stroke_width": 1},
13.         # ...
14.     },
15. )
17. # 虚线
18. graph = Graph(
19.     edge_type=DashedLine,
20. )

复制代码

3.3. 内置的layout

上面的示例中，我们只能控制无向图的顶点和边的数量，而无法控制它的形状和布局，
manim为我们内置了多种不同的布局方式，直接使用这些内置的布局方式可以节约很多时间。

1. for layout in [
2.     "spring",
3.     "circular",
4.     "kamada_kawai",
5.     "planar",
6.     "random",
7.     "shell",
8.     "spectral",
9.     "spiral",
10. ]:
11.     graph = Graph(
12.         layout=layout,
13.     )

复制代码

3.4. 层状图

层状图的布局需要配合参数partitions一起使用，partitions中决定每一层中有哪些顶点。
神经网络的结构图就是一个典型的层状图。
下面的示例中，通过partitions参数中定义了4个层。

1. partitions = [[0, 1], [2, 3, 4], [5, 6], [7, 8]]
2. graph = Graph(
3.     layout="partite",
4.     partitions=partitions,
5. )

复制代码

3.5. 树状图

树状图的布局需要配合参数root_vertex一起使用，root_vertex定义了树的根顶点是哪个。
下面的示例中，先设置root_vertex为顶点0，再把root_vertex改为顶点2。

1. # 初始的树
2. graph = Graph(
3.     layout="tree",
4.     root_vertex=0,
5. )
7. # 修改根节点
8. graph2 = Graph(
9.     layout="tree",
10.     root_vertex=2,
11. )

复制代码

4. 附件

文中完整的代码放在网盘中了（graph.py），
下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)

来源:https://www.cnblogs.com/wang_yb/p/18456015
免责声明：由于采集信息均来自互联网，如果侵犯了您的权益，请联系我们【E-Mail:cb@itdo.tech】 我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！