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jueves, 14 de mayo de 2020

22 paquetes de software gratuitos para ARS

22 herramientas gratuitas de análisis de redes sociales

Por Varun Kumar || RankRed



Las herramientas de análisis de redes sociales facilitan el análisis cualitativo o cuantitativo de las redes sociales al describir las características de la red mediante representación visual o numérica. Generalmente usa la teoría de redes o gráficas para examinar las estructuras sociales. Los componentes principales son los nodos (personas) y los bordes que los conectan. Algunos de ellos también realizan análisis predictivos. A continuación, hemos enumerado algunos de los software de análisis de redes sociales más efectivos que están disponibles de forma gratuita.


22. AllegroGraph




AllegroGraph es una base de datos de gráficos desarrollada para almacenar triples RDF. Es una base de datos OLTP totalmente transaccional, que almacena datos estructurados en gráficos en lugar de en tablas. Incluye una biblioteca de análisis de redes sociales y un componente de almacenamiento para el proyecto TwitLogic que tiene como objetivo llevar la web semántica a los datos de Twitter.

21. Commetrix



Commetrix es un software dinámico de visualización y análisis de redes que proporciona un acceso exploratorio fácil y completo a los datos de la red. Crea un rico mapa de red experto, sistemas de recomendación a partir de registros de comunicación, y se enfoca en analizar patrones evolutivos de comunicación electrónica como correo electrónico, voz sobre IP y mensajería instantánea.

20. Socilab



Socilab es una herramienta en línea que le permite visualizar y analizar la red de LinkedIn utilizando métodos derivados de la investigación científico-social. Muestra una serie de medidas de red extraídas de la investigación sociológica en redes profesionales, y barras de percentiles que comparan sus medidas de red agregadas con usuarios anteriores. Además, hay una función de mensajería que le permite escribir y enviar un mensaje a los contactos seleccionados de LinkedIn.

19. Cuttlefish



Cuttlefish es una aplicación de banco de trabajo de red que permite la visualización de datos de red, edición de gráficos, manipulación interactiva del diseño y visualización de procesos.

Para representar los datos de la red, la herramienta utiliza el formato extendido Cuttlefish que define los datos de la red en términos de bordes, vértices, pesos e información visual como formas, colores y etiquetas. El otro formato de archivo es el formato Cuttlefish Evolution que define los cambios que ocurren en una red. También es compatible con formatos de archivo más antiguos, incluidos GraphML y ​​Pajek.

18. Social Network Visualizer



Esta es una herramienta fácil de usar multiplataforma que le permite dibujar redes sociales con unos pocos clics en un lienzo virtual. Cargue datos de campo de un archivo (en formato compatible) o rastree Internet para crear una red social de páginas web conectadas.

Social Network Visualizer calcula grafos estándar y métricas de cohesión de la red (como densidad, excentricidad, coeficiente de agrupamiento, etc.), rutinas matriciales e índices de centralidad y prestigio. Además, admite algoritmos rápidos para la detección comunitaria, el análisis de equivalencia estructural, la carga y edición de redes multirrelacionales y la creación aleatoria de redes utilizando varios modelos de generación de redes aleatorias.

17. JUNG



JUNG significa Java Universal Network / Graph Framework. Esta aplicación Java proporciona un lenguaje extensible para el análisis, modelado y visualización de datos que podrían representarse como un gráfico o una red. JUNG admite numerosos tipos de gráficos (incluidas las hipergrafías) con cualquier propiedad.

Permite visualizaciones personalizables e incluye algoritmos de teoría de gráficos, análisis de redes sociales y minería de datos. Sin embargo, está limitado por la cantidad de memoria asignada a Java.

16. Tulip




Tulip se dedica al análisis y visualización de datos relacionales. Permite el desarrollo de algoritmos, técnicas de interacción, visualización específica de dominio, codificaciones visuales y modelos de datos. También permite la reutilización de componentes, lo que hace que el marco sea eficiente para la creación de prototipos de investigación y el desarrollo de aplicaciones para el usuario final.

15. Statnet


Statnet es un conjunto de paquetes R que realizan una amplia gama de tareas de gestión de datos, visualización y análisis estadístico de redes. Este marco analítico se basa en el modelo de gráfico aleatorio de familia exponencial y proporciona herramientas para la estimación, evaluación, simulación y visualización de redes del modelo.

Además, el modelado estadístico incluye modelos dinámicos y de sección transversal, espacio latente y modelos de clúster latente.

14. Netlytic




Netlytic es un analizador de texto basado en la nube y visualizador de redes sociales que puede resumir automáticamente grandes conjuntos de datos de texto y visualizar redes sociales a partir de conversaciones en sitios de redes sociales como Twitter, YouTube, foros en línea y comentarios de blogs. La herramienta está desarrollada principalmente para que los investigadores identifiquen componentes clave e influyentes y descubran cómo fluye la información en una red.

13. NetworkX




NetworkX es un paquete de Python para crear, manipular y estudiar la estructura de la dinámica y las funciones de redes complejas. Incluye muchos algoritmos, métricas y generadores de gráficos. La herramienta es capaz de construir gráficos aleatorios de forma incremental y es capaz de encontrar camarillas, subgráficos y núcleos k. Además, puede explorar adyacencia, grado, diámetro, centro, radio y dibujar redes en 3 dimensiones.

12. Cytoscape




Cytoscape se utiliza para visualizar redes complejas e integrarlas con cualquier tipo de datos de atributos. La herramienta es muy amplia en funciones: le permite personalizar la visualización de datos de la red, filtrar la red para seleccionar subconjuntos de nodos, buscar nodos y bordes de destino, y diseñar la red en dos dimensiones a partir de diferentes algoritmos de diseño de red que incluyen cíclico, árbol, borde- peso, fuerza dirigida y más.

11. Subdue



Subdue descubre patrones estructurales y relacionales en datos que representan entidades y relaciones. Utiliza la metodología de longitud de descripción mínima para identificar patrones que disminuyen el número de bits necesarios para describir el gráfico de entrada después de ser comprimido por el patrón.

Subdue también puede realizar numerosas tareas de aprendizaje, como aprendizaje supervisado y no supervisado, agrupamiento y aprendizaje de gramática gráfica. Además del análisis de redes sociales, se ha aplicado con éxito en Bioinformática, lucha contra el terrorismo, aviación y minería de estructuras web.


10. Graphviz




Este software de visualización de gráficos representa información estructural como un diagrama de gráficos abstractos y redes. Graphviz tiene muchos programas de diseño gráfico adecuados para la visualización de redes sociales. Toma la descripción de gráficos en un lenguaje de texto simple y crea diagramas en formatos útiles, como PDF para incluir en otros documentos, mostrar en un navegador de gráficos interactivo o SVG para páginas web.

Además, tiene diferentes características útiles para diagramas concretos, por ejemplo, opciones para fuentes, color, estilos de línea, diseño de nodo tabular, formas personalizadas e hipervínculos.

9. NetMiner



NetMiner viene con un período de prueba de 14 días. Se utiliza para el análisis y la visualización de vastos datos de red basados ​​en el análisis de redes sociales. Las características como transformación de datos, visualización de datos de red, gráficos y lenguaje de script Python lo ayudan a detectar patrones y estructuras subyacentes de la red.

8. SocioViz




SocioViz es una plataforma de análisis de redes sociales para periodistas digitales, investigadores sociales y especialistas en marketing de medios. Le permite analizar cualquier tema, término o hashtag, identificar personas influyentes clave, opiniones y contenidos y exportar los datos en formato Gephi para su posterior análisis.

7. UNISoN



UNISoN es una aplicación Java que puede analizar mensajes para guardarlos en un archivo en formato Pajek para el análisis de redes sociales. Genera redes utilizando el autor de cada publicación. Si alguien interactúa con una publicación, se crea un enlace unidireccional del autor de la publicación al autor del mensaje al que está respondiendo. Además, hay un panel de vista previa que muestra la red visualmente.

6. NetworKit




NetworKit es una plataforma en crecimiento para el análisis de redes a gran escala, desde miles hasta miles de millones de bordes. Implementa un algoritmo gráfico eficiente, la mayoría de ellos son paralelos para utilizar la arquitectura multinúcleo. Se supone que deben calcular medidas estándar de análisis de red, como coeficientes de agrupación, secuencias de grados y medidas de centralidad. Además, su objetivo es admitir una variedad de formatos de entrada y salida.

5. GraphStream




GraphStream está diseñado para el modelado y análisis de gráficos dinámicos. Le permite crearlos, importarlos, exportarlos, darles forma y visualizarlos. En lugar de solo un conjunto de aristas y nodos, los gráficos se definen como un "flujo de eventos gráficos". Los eventos indican cuándo cambia un borde, nodo o componente asociado. Por lo tanto, un gráfico no se describe como una representación fija, sino por toda la historia en evolución de los elementos del gráfico.

4. NodeXL




NodeXL es una plantilla de código abierto para Microsoft Excel para análisis y visualización de redes. Le permite ingresar una lista de borde de red en una hoja de trabajo, hacer clic en un botón y visualizar su gráfico, todo en el entorno familiar de la ventana de Excel.

La herramienta admite la extracción de correo electrónico, YouTube, Facebook. Red social Twitter, WWW y Flickr. Puede manipular y filtrar fácilmente los datos subyacentes en formato de hoja de cálculo.

3. R




El lenguaje de programación R está repleto de numerosos paquetes relevantes para el análisis de redes sociales: igraph para análisis de red genérico, red para manipular y mostrar objetos de red, sna para realizar análisis sociométrico, tnet para realizar análisis de red ponderada o longitudinal, Bergm para análisis bayesiano para exponencial modelos de gráficos aleatorios, redes para simular redes bipartitas con marginales fijos y muchos más.

2. Gephi



Gephi suele ser un software de exploración y manipulación de gráficos escrito en Java. Proporciona una manera fácil de crear conectores de datos sociales para mapear organizaciones comunitarias y redes de mundo pequeño. Junto con el análisis de redes sociales, realiza análisis exploratorios de datos y enlaces, y análisis de redes biológicas. Quizás la herramienta de análisis gratuita más avanzada.


El software te ayuda a explorar y comprender gráficos. Puede interactuar con las figuras, manipular las estructuras, el color y la forma para revelar propiedades ocultas. La arquitectura flexible y de tareas múltiples le permite trabajar con datos complejos y producir resultados visuales valiosos. Además, hay un motor de renderizado 3D capaz de mostrar grandes redes en tiempo real, solo para acelerar la exploración.

1. Pajek



Pajek se utiliza para el análisis y visualización de grandes redes que contienen hasta mil millones de vértices. El programa realiza esto utilizando seis tipos de datos: gráficos, vértices, vectores (propiedades de vértices), clúster (subconjunto de vértices), permutación (reordenamiento de vértices) y jerarquía (estructura de árbol general en vértices).

martes, 18 de junio de 2019

Cómo, con qué, para qué: Herramientas para investigar datos de Twitter

Uso de Twitter como fuente de datos: una visión general de las herramientas de investigación en redes sociales (2019)

LSE Impact Blog




Twitter y otras plataformas de redes sociales representan un recurso grande y en gran parte sin explotar para datos y pruebas sociales. En esta publicación, Wasim Ahmed actualiza su serie recurrente en el Blog de Impacto, para ofrecerle los últimos desarrollos en métodos y metodologías digitales para investigar Twitter y otras plataformas de medios sociales.

Esta publicación se basa en las ediciones de 2015 y 2017 de esta publicación, captura tendencias y eventos clave que están configurando la investigación en redes sociales para los científicos sociales y proporciona una colección de métodos y herramientas de investigación para el análisis de datos de redes sociales.

Desde la edición de 2017 de esta publicación de blog, he visto usos aún más únicos e interesantes de los datos de las redes sociales en una amplia variedad de disciplinas de investigación, como sociología, informática, medios y comunicación, ciencia política e ingeniería, solo por mencionar pocos. Las plataformas de medios sociales generan una gran cantidad de datos diariamente sobre una variedad de temas y, en consecuencia, representan una fuente clave de información para cualquiera que busque estudiar la sociedad del siglo XXI.

Twitter sigue siendo la plataforma más popular para la investigación académica, ya que aún proporciona sus datos a través de una serie de interfaces de programación de aplicaciones (API). En contraste, las consecuencias de la "violación de datos" de Cambridge analytica han llevado a ciertas plataformas de redes sociales a limitar los datos proporcionados a través de sus interfaces de programación de aplicaciones. Sin embargo, aunque puede que no sea posible obtener datos de todas las plataformas de redes sociales, aún es posible realizar una investigación cualitativa y cuantitativa, como entrevistas y encuestas, con miembros de comunidades en línea.

Los estudios en redes sociales se pueden encuadrar a partir de una amplia variedad de teorías, construcciones y marcos conceptuales de una amplia variedad de disciplinas y recomendaría echar un vistazo a este documento: Social media research: Theories, constructs, and conceptual frameworks, que resume muy bien algunos de estos enfoques.

También hay una serie de enfoques de investigación que se pueden utilizar como Netnography y Digital Ethnography, que proporcionan marcos para realizar investigaciones en el mundo en línea. La netnografía, por ejemplo, puede basarse en la descarga de datos directamente desde una plataforma de redes sociales, anotando observaciones personales de una comunidad en línea y entrevistando a usuarios de redes sociales. Además, también hay una serie de métodos específicos para el análisis de datos de redes sociales que se resumen en la Tabla 1 a continuación.



Tabla 1: Resumen de los métodos de investigación

La Tabla 2 a continuación proporciona una descripción general de las herramientas para recuperar datos de redes sociales


Tabla 2: Una revisión de las herramientas para 2019
*Algunas herramientas pueden permitir el acceso a otras plataformas y la capacidad de importar sus propios datos.

Recientemente, también se ha vuelto cada vez más difícil para los académicos acceder a datos históricos de Twitter con una serie de servicios para académicos que están llegando a su fin. Esto ha dado lugar a servicios como los proporcionados por ScrapeHero, que permiten a los usuarios obtener datos históricos de Twitter de forma gratuita mediante el uso de web scraping. Sin embargo, esta forma de recuperar Twitter no es recomendable.

Para investigar otras plataformas en Internet, como foros web, blogs y otras plataformas de medios sociales, existen herramientas como Scrape Storm, que es un raspador de web visual basado en la inteligencia artificial y pretende poder recuperar datos de casi cualquier plataforma.

También hay una serie de aplicaciones avanzadas de análisis de datos y estadísticas que se pueden usar para analizar datos de redes sociales, como:

Estos paquetes deben investigarse al decidir qué aplicación se utilizará para un proyecto. También me gustaría mencionar la lista de herramientas de Iniciativas de Métodos Digitales, y la lista de herramientas de la Universidad Ryerson de su Laboratorio de Medios Sociales. Para recuperar datos de Twitter también vale la pena revisar el DMI-TCAT (gratis). SAGE Ocean publicó recientemente una revisión adicional de 100 herramientas de redes sociales.

Para el análisis de imágenes, recomendaría revisar la visión de Google Cloud AI y también existen herramientas como Instaloader que le permiten descargar fotos de Instagram de cuentas públicas. Se realizó un estudio realmente interesante en Instagram y se analizó el hashtag #CheatMeal utilizando el análisis de contenido temático y se puede acceder aquí.

Otro campo en rápido desarrollo de la investigación en redes sociales se centra en la ética. Es importante realizar una investigación ética en redes sociales y recientemente publiqué un capítulo de libro de acceso abierto, que examina el uso de Twitter como fuente de datos y brinda una descripción general de los desafíos éticos, legales y metodológicos. Se puede acceder al capítulo aquí.

Debido a una serie de solicitudes, también he empezado a realizar eventos de capacitación regulares (consulte la lista aquí) con la posibilidad de asistencia virtual. El primero de estos eventos se llevó a cabo en la Escuela de Economía y Ciencias Políticas de Londres el 17 de mayo de 2019 y nuestro hashtag # SMRM19 contiene una gran cantidad de material informativo, ya que el evento fue tweeteado en vivo.

sábado, 29 de diciembre de 2018

Análisis de red de correlaciones ponderadas

Redes de correlación ponderadas

 Wikipedia




El análisis de red de correlación ponderada, también conocido como análisis de red de coexpresión de genes ponderados (WGCNA), es un método de minería de datos ampliamente utilizado, especialmente para el estudio de redes biológicas basadas en correlaciones de pares entre variables. Si bien se puede aplicar a la mayoría de los conjuntos de datos de alta dimensión, se ha utilizado más ampliamente en aplicaciones genómicas. Permite definir módulos (clústeres), concentradores intramodulares y nodos de red con respecto a la pertenencia a módulos, estudiar las relaciones entre los módulos de coexpresión y comparar la topología de red de diferentes redes (análisis diferencial de redes). El WGCNA se puede usar como una técnica de reducción de datos (relacionada con el análisis factorial oblicuo), como un método de agrupamiento (agrupamiento difuso), como un método de selección de características (por ejemplo, como método de detección de genes), como marco para integrar datos complementarios (genómicos) ( basado en correlaciones ponderadas entre variables cuantitativas) y como una técnica de exploración de datos. [1] Aunque WGCNA incorpora técnicas tradicionales de exploración de datos, su lenguaje de red intuitivo y su marco de análisis trascienden cualquier técnica de análisis estándar. Debido a que utiliza una metodología de red y es adecuada para integrar conjuntos de datos genómicos complementarios, puede interpretarse como un método de análisis de datos genéticos de sistemas biológicos o sistemas. Al seleccionar los centros intramodulares en los módulos de consenso, WGCNA también da lugar a técnicas de metanálisis basadas en redes. [2]


Historia

El método WGCNA fue desarrollado por Steve Horvath, profesor de genética humana en la Escuela de Medicina David Geffen en UCLA y de bioestadística en la Escuela de Salud Pública Fielding de la UCLA y sus colegas en la UCLA, y (ex) miembros del laboratorio (en particular Peter). Langfelder, Bin Zhang, Jun Dong). Gran parte del trabajo surgió de colaboraciones con investigadores aplicados. En particular, las redes de correlación ponderadas se desarrollaron en conversaciones conjuntas con los investigadores del cáncer Paul Mischel, Stanley F. Nelson y los neurocientíficos Daniel H. Geschwind, Michael C. Oldham (según la sección de reconocimiento en [1]). Existe una vasta literatura sobre redes de dependencia, redes de escala libre y redes de coexpresión.

Comparación entre redes de correlación ponderadas y no ponderadas

Una red de correlación ponderada puede interpretarse como un caso especial de una red ponderada, una red de dependencia o una red de correlación. El análisis de la red de correlación ponderada puede ser atractivo por los siguientes motivos.
  • La construcción de la red (basada en un umbral suave del coeficiente de correlación) preserva la naturaleza continua de la información de correlación subyacente. Por ejemplo, las redes de correlación ponderadas que se construyen sobre la base de correlaciones entre variables numéricas no requieren la elección de un umbral duro. La información dicotomizante y el umbral (difícil) pueden llevar a la pérdida de información. [3]
  • La construcción de la red tiene resultados altamente robustos con respecto a las diferentes opciones de umbral suave. [3] Por el contrario, los resultados basados ​​en redes no ponderadas, construidas por el umbral de una medida de asociación por pares, a menudo dependen en gran medida del umbral.
  • Las redes de correlación ponderadas facilitan una interpretación geométrica basada en la interpretación angular de la correlación, capítulo 6 en. [4]
  • Las estadísticas de red resultantes pueden utilizarse para mejorar los métodos estándar de extracción de datos, como el análisis de conglomerados, ya que las medidas de similitud (des) a menudo se pueden transformar en redes ponderadas; [5] ver capítulo 6 en [4].
  • WGCNA proporciona estadísticas de conservación de módulos potentes que pueden usarse para cuantificar si se pueden encontrar en otra condición. Además, las estadísticas de conservación de módulos permiten estudiar las diferencias entre la estructura modular de las redes. [6]
  • Las redes ponderadas y las redes de correlación a menudo se pueden aproximar mediante redes "factorizables". [4] [7] Tales aproximaciones a menudo son difíciles de lograr para redes dispersas y no ponderadas. Por lo tanto, las redes ponderadas (de correlación) permiten una parametrización parsimoniosa (en términos de módulos y membresía de módulos) (capítulos 2, 6 en [1]) y [8].

Método

Primero, uno define una medida de similitud de coexpresión de genes que se usa para definir la red. Denotamos la medida de similitud de coexpresión de genes de un par de genes i y j por . Muchos estudios de coexpresión utilizan el valor absoluto de la correlación como una medida de similitud de coexpresión sin signo,



donde los perfiles de expresión génica y consisten en la expresión de los genes i y j a través de múltiples muestras. Sin embargo, el uso del valor absoluto de la correlación puede ofuscar información biológicamente relevante, ya que no se hace distinción entre la represión de genes y la activación. En contraste, en las redes firmadas, la similitud entre los genes refleja el signo de la correlación de sus perfiles de expresión. Para definir una medida de coexpresión firmada entre los perfiles de expresión génica y , se puede usar una transformación simple de correlación:



Como la medida no firmada sijunsigned , la similitud firmada toma un valor entre 0 y 1. Tenga en cuenta que la similitud no firmada entre dos genes expresados ​​de manera opuesta ( es igual a 1 mientras que es igual a 0 para la similitud signada. De manera similar, mientras que la medida de coexpresión sin firmar de dos genes con correlación cero permanece en cero, la similitud con signo es igual a 0.5.

A continuación, se usa una matriz de adyacencia (red), , se utiliza para cuantificar la fuerza con que los genes están conectados entre sí. A se define mediante el umbral de la matriz de similitud de coexpresión . El umbral 'duro' (dicotomización) la medida de similitud S da como resultado una red de coexpresión de genes no ponderada. Específicamente, una adyacencia de red no ponderada se define como 1 si y 0 en caso contrario. Debido a que el umbral difícil codifica las conexiones genéticas de forma binaria, puede ser sensible a la elección del umbral y resultar en la pérdida de información de coexpresión. [3] La naturaleza continua de la información de coexpresión se puede preservar empleando un umbral suave, que da como resultado una red ponderada. Específicamente, WGCNA utiliza la siguiente función de potencia para evaluar la fuerza de su conexión:

,

donde la potencia β es el parámetro de umbral suave. Los valores predeterminados β = 6 y β = 12 se utilizan para redes sin firma y firmadas, respectivamente. Alternativamente, se puede elegir β utilizando el criterio de topología sin escala que equivale a elegir el valor más pequeño de β, de manera que se alcance la topología libre de escala aproximada. [3]

Dado que , la adyacencia de red ponderada está relacionada linealmente con la similitud de coexpresión en una escala logarítmica. Tenga en cuenta que un β de alta potencia transforma altas similitudes en adyacencias altas, mientras que empuja similitudes bajas hacia 0. Dado que este procedimiento de umbral suave aplicado a una matriz de correlación de pares conduce a una matriz de adyacencia ponderada, el análisis que sigue es Se denomina análisis de red de coexpresión de genes ponderados.

Un paso importante en el análisis centrado en el módulo es agrupar genes en módulos de red utilizando una medida de proximidad de red. En términos generales, un par de genes tiene una alta proximidad si está estrechamente interconectado. Por convención, la proximidad máxima entre dos genes es 1 y la proximidad mínima es 0. Normalmente, el WGCNA usa la medida de superposición topológica (TOM) como proximidad. [9] [10] que también se puede definir para redes ponderadas. [3] El TOM combina la adyacencia de dos genes y las fortalezas de conexión que estos dos genes comparten con otros genes de "terceros". El TOM es una medida altamente robusta de interconexión de red (proximidad). Esta proximidad se utiliza como entrada del agrupamiento jerárquico de enlaces promedio. Los módulos se definen como ramas del árbol de agrupamiento resultante utilizando el enfoque de corte dinámico de ramas. [11] A continuación, los genes dentro de un módulo dado se resumen con el módulo eigengene, que se puede considerar como el mejor resumen del modo estandarizado.El módulo eigengene de un módulo dado se define como el primer componente principal de los perfiles de expresión estandarizados. Los eigengenes definen biomarcadores robustos. [12] Para encontrar módulos que se relacionan con un rasgo clínico de interés, los módulos de eigengenes se correlacionan con el rasgo clínico de interés, lo que da lugar a una medida de significación de eigengene. Los eigengenes se pueden usar como características en modelos predictivos más complejos, incluidos los árboles de decisión y las redes bayesianas. [12] También se pueden construir redes de coexpresión entre módulos de eigengenes (redes de eigengene), es decir, redes cuyos nodos son módulos. [13] Para identificar los genes centrales intramodulares dentro de un módulo dado, se pueden usar dos tipos de medidas de conectividad. El primero, denominado , es definido en función de la correlación de cada gen con el respectivo módulo eigengene. El segundo, denominado kIN, se define como una suma de adyacencias con respecto a los genes del módulo. En la práctica, estas dos medidas son equivalentes. [4] Para probar si un módulo se conserva en otro conjunto de datos, se pueden usar varias estadísticas de red, por ejemplo. . [6]

Aplicaciones

WGCNA se ha utilizado ampliamente para analizar datos de expresión génica (es decir, datos de transcripción), por ej. para encontrar genes hub intramodulares. [2] [14]

A menudo se usa como un paso de reducción de datos en aplicaciones de sistemas genéticos donde los módulos están representados por "módulos eigengenes", por ejemplo [15] [16] Los eigengenes del módulo pueden usarse para correlacionar módulos con rasgos clínicos. Las redes Eigengene son redes de coexpresión entre módulos eigengenes (es decir, redes cuyos nodos son módulos). WGCNA se usa ampliamente en aplicaciones neurocientíficas, por ejemplo [17] [18] y para analizar datos genómicos, incluidos datos de micromatrices, [19] datos de RNA-Seq de células individuales [20] [21] datos de metilación del DNA, [22] datos de miRNA, conteos de péptidos [23] y datos de microbiota (secuenciación del gen 16S rRNA). 24] Otras aplicaciones incluyen datos de imágenes del cerebro, por ejemplo, datos funcionales de resonancia magnética. [25]

Paquete de software R

El paquete de software WGCNA R [26] proporciona funciones para llevar a cabo todos los aspectos del análisis de redes ponderadas (construcción de módulos, selección de genes centrales, estadísticas de conservación de módulos, análisis de redes diferenciales, estadísticas de redes). El paquete WGCNA está disponible en Comprehensive R Archive Network (CRAN), el repositorio estándar para paquetes del complemento de R.


Referencias

  1. Horvath S (2011). Weighted Network Analysis: Application in Genomics and Systems Biology. New York, NY: Springer. ISBN 978-1-4419-8818-8.
  2. Langfelder P, Mischel PS, Horvath S, Ravasi T (17 April 2013). "When Is Hub Gene Selection Better than Standard Meta-Analysis?". PLoS ONE. 8 (4): e61505. Bibcode:2013PLoSO...861505L. doi:10.1371/journal.pone.0061505. PMC 3629234. PMID 23613865.
  3. Zhang B, Horvath S (2005). "A general framework for weighted gene co-expression network analysis" (PDF). Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology. 4: 17. CiteSeerX 10.1.1.471.9599. doi:10.2202/1544-6115.1128. PMID 16646834.
  4. Horvath S, Dong J (2008). "Geometric Interpretation of Gene Coexpression Network Analysis". PLoS Computational Biology. 4 (8): e1000117. Bibcode:2008PLSCB...4E0117H. doi:10.1371/journal.pcbi.1000117. PMC 2446438. PMID 18704157.
  5. Oldham MC, Langfelder P, Horvath S (12 June 2012). "Network methods for describing sample relationships in genomic datasets: application to Huntington's disease". BMC Systems Biology. 6: 63. doi:10.1186/1752-0509-6-63. PMC 3441531. PMID 22691535
  6. Langfelder P, Luo R, Oldham MC, Horvath S (20 January 2011). "Is my network module preserved and reproducible?". PLoS Computational Biology. 7 (1): e1001057. Bibcode:2011PLSCB...7E1057L. doi:10.1371/journal.pcbi.1001057. PMC 3024255. PMID 21283776
  7. Dong J, Horvath S (4 June 2007). "Understanding network concepts in modules". BMC Systems Biology. 1: 24. doi:10.1186/1752-0509-1-24. PMC 3238286. PMID 17547772
  8. Ranola JM, Langfelder P, Lange K, Horvath S (14 March 2013). "Cluster and propensity based approximation of a network". BMC Systems Biology. 7: 21. doi:10.1186/1752-0509-7-21. PMC 3663730. PMID 23497424
  9. Ravasz E, Somera AL, Mongru DA, Oltvai ZN, Barabasi AL (2002). "Hierarchical organization of modularity in metabolic networks". Science. 297 (5586): 1551–1555. arXiv:cond-mat/0209244. Bibcode:2002Sci...297.1551R. doi:10.1126/science.1073374. PMID 12202830
  10. Yip AM, Horvath S (24 January 2007). "Gene network interconnectedness and the generalized topological overlap measure" (PDF). BMC Bioinformatics. 8: 22. doi:10.1186/1471-2105-8-22. PMC 1797055. PMID 17250769
  11. Langfelder P, Zhang B, Horvath S (2007). "Defining clusters from a hierarchical cluster tree: the Dynamic Tree Cut library for R". Bioinformatics. 24 (5): 719–20. doi:10.1093/bioinformatics/btm563. PMID 18024473
  12. Foroushani A, Agrahari R, Docking R, Chang L, Duns G, Hudoba M, Karsan A, Zare H (16 March 2017). "Large-scale gene network analysis reveals the significance of extracellular matrix pathway and homeobox genes in acute myeloid leukemia: an introduction to the Pigengene package and its applications". BMC Medical Genomics. 10 (1): 16. doi:10.1186/s12920-017-0253-6. PMC 5353782. PMID 28298217
  13. Langfelder P, Horvath S (2007). "Eigengene networks for studying the relationships between co-expression modules". BMC Systems Biology. 2007 (1): 54. doi:10.1186/1752-0509-1-54. PMC 2267703. PMID 18031580
  14. Horvath S, Zhang B, Carlson M, Lu KV, Zhu S, Felciano RM, Laurance MF, Zhao W, Shu Q, Lee Y, Scheck AC, Liau LM, Wu H, Geschwind DH, Febbo PG, Kornblum HI, Cloughesy TF, Nelson SF, Mischel PS (2006). "Analysis of Oncogenic Signaling Networks in Glioblastoma Identifies ASPM as a Novel Molecular Target". PNAS. 103 (46): 17402–17407. Bibcode:2006PNAS..10317402H. doi:10.1073/pnas.0608396103. PMC 1635024. PMID 17090670
  15. Chen Y, Zhu J, Lum PY, Yang X, Pinto S, MacNeil DJ, Zhang C, Lamb J, Edwards S, Sieberts SK, Leonardson A, Castellini LW, Wang S, Champy MF, Zhang B, Emilsson V, Doss S, Ghazalpour A, Horvath S, Drake TA, Lusis AJ, Schadt EE (27 March 2008). "Variations in DNA elucidate molecular networks that cause disease". Nature. 452 (7186): 429–35. Bibcode:2008Natur.452..429C. doi:10.1038/nature06757. PMC 2841398. PMID 18344982
  16. Plaisier CL, Horvath S, Huertas-Vazquez A, Cruz-Bautista I, Herrera MF, Tusie-Luna T, Aguilar-Salinas C, Pajukanta P, Storey JD (11 September 2009). "A Systems Genetics Approach Implicates USF1, FADS3, and Other Causal Candidate Genes for Familial Combined Hyperlipidemia". PLoS Genetics. 5 (9): e1000642. doi:10.1371/journal.pgen.1000642. PMC 2730565. PMID 19750004
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domingo, 8 de julio de 2018

Software: Análisis de redes sociales en R


Análisis de redes sociales en R: una revisión de software

Samrachana Adhikari
Escuela Médica de Harvard
Beau Dabbs
Laboratorio Nacional Lawrence Livermore


En la investigación educativa, el análisis de redes sociales se está utilizando ampliamente para estudiar diferentes interacciones y sus implicaciones generales. Recientemente, también ha habido un aumento en el desarrollo de herramientas de software para implementar el análisis de redes sociales. En este artículo, revisamos dos populares paquetes R, igraph y statnet suite, en el contexto del resumen y modelado de redes. Discutimos diferentes aspectos de estos paquetes y demostramos algunas de sus funcionalidades mediante el análisis de una red de abogados de amistad. Finalmente, finalizamos con recomendaciones para usar estos paquetes junto con punteros a recursos adicionales para el análisis de redes en R.

Palabras clave: análisis de red; Paquetes R; igraph; statnetsuite; Abogados en Lazega
red

viernes, 22 de junio de 2018

Centralidad en redes ponderadas

Centralidad de nodo en redes ponderadas

Tore Opsahl


La centralidad de los nodos, o la identificación de qué nodos son más "centrales" que otros, ha sido un tema clave en el análisis de redes (Freeman, 1978; Bonacich, 1987; Borgatti, 2005; Borgatti et al., 2006). Freeman (1978) argumentó que los nodos centrales eran aquellos "en el meollo de las cosas" o puntos focales. Para ejemplificar su idea, utilizó una red que consta de 5 nodos. El nodo medio tiene tres ventajas sobre los otros nodos: tiene más vínculos, puede alcanzar a todos los demás más rápidamente y controla el flujo entre los demás. Con base en estas tres características, Freeman (1978) formalizó tres medidas diferentes de la centralidad del nodo: grado, cercanía e interdependencia. Grado es la cantidad de nodos a los que está conectado un nodo focal y mide la participación del nodo en la red. Su simplicidad es una ventaja: solo debe conocerse la estructura local alrededor de un nodo para que se calcule (p. Ej., Cuando se utilizan datos de la Encuesta social general, McPherson et al., 2001). Sin embargo, existen limitaciones: la medida no toma en consideración la estructura global de la red. Por ejemplo, aunque un nodo podría estar conectado a muchos otros, podría no estar en condiciones de alcanzar a otros rápidamente para acceder a los recursos, como la información o el conocimiento (Borgatti, 2005; Brass, 1984). Para capturar esta característica, la centralidad de cercanía se definió como la suma inversa de las distancias más cortas a todos los demás nodos desde un nodo focal. Una de las principales limitaciones de la cercanía es la falta de aplicabilidad a las redes con componentes desconectados (consulte Centralidad de proximidad en redes con componentes desconectados). La última de las tres medidas, betweenness, evalúa el grado en que un nodo se encuentra en la ruta más corta entre otros dos nodos y puede canalizar el flujo en la red. Al hacerlo, un nodo puede ejercer control sobre el flujo. Si bien esta medida tiene en cuenta la estructura de red global y puede aplicarse a redes con componentes desconectados, no deja de tener sus limitaciones. Por ejemplo, una gran proporción de nodos en una red generalmente no se encuentra en la ruta más corta entre ninguno de los otros dos nodos, y por lo tanto recibe la misma puntuación de 0.

 
Una red de estrella con 5 nodos y 4 enlaces. El tamaño de los nodos corresponde al grado de los nodos. Adaptado de Freeman (1978) y Opsahl et al. (2010).



Las tres medidas se han generalizado a redes ponderadas. En un primer conjunto de generalizaciones, Barrat et al. (2004) grado generalizado tomando la suma de pesos en lugar de los nudos, mientras que Newman (2001) y Brandes (2001) utilizaron el algoritmo de Dijkstra (1959) de caminos más cortos para generalizar la cercanía y la interdependencia a redes ponderadas, respetuosamente (ver Rutas más cortas en Weighted Networks para más detalles). Estas generalizaciones se centraron únicamente en los pesos vinculados e ignoraron la característica original de las medidas: el número de vínculos. Como tal, un segundo conjunto de generalización fue propuesto por Opsahl et al. (2010) que incorpora tanto el número de vínculos como los pesos de enlace utilizando un parámetro de ajuste.

Grado

El grado es la más simple de las medidas de centralidad del nodo al usar la estructura local solo alrededor de los nodos. En una red binaria, el grado es el número de vínculos que tiene un nodo. En una red dirigida, un nodo puede tener un número diferente de enlaces salientes y entrantes, y por lo tanto, el grado se divide en grado y grado, respectivamente.

Por lo general, el grado se ha extendido a la suma de ponderaciones cuando se analizan las redes ponderadas (Barrat et al., 2004; Newman, 2004; Opsahl et al., 2008) y la resistencia del nodo etiquetada. Es igual a la definición tradicional de grado si la red es binaria (es decir, cada vínculo tiene un peso de 1). Por el contrario, en las redes ponderadas, los resultados de estas dos medidas son diferentes. Como la fuerza del nodo toma en consideración el peso de los enlaces, esta ha sido la medida preferida para analizar las redes ponderadas (por ejemplo, Barrat et al., 2004; Opsahl et al., 2008). Sin embargo, la fortaleza del nodo es una medida contundente, ya que solo toma en consideración el nivel total de participación de un nodo en la red, y no toma en cuenta la característica principal de las medidas originales formalizadas por Freeman (1978): el número de vínculos. Esta limitación se destaca por la centralidad de grado de las tres redes de ego de la tercera red EIES de Freeman. Los tres nodos han enviado aproximadamente la misma cantidad de mensajes; sin embargo, a un número bastante diferente de otros. Si se aplicó la medida original de Freeman (1978), el puntaje de centralidad del nodo en el panel A es casi cinco veces más alto que el nodo en el panel C. Sin embargo, al usar la generalización de Barrat et al., Obtienen aproximadamente el mismo puntaje.




Redes Ego de Phipps Arabie (A), John Boyd (B) y Maureen Hallinan (C) de la tercera red EIES de Freeman. El ancho de un enlace corresponde a la cantidad de mensajes enviados desde el nodo focal a sus contactos. Adoptado de Opsahl et al. (2010).


En un intento de combinar el grado y la fuerza, Opsahl et al. (2010) utilizó un parámetro de ajuste para establecer la importancia relativa de la cantidad de vínculos en comparación con los pesos de enlace. Específicamente, la medida de centralidad de grado propuesta fue el producto de la cantidad de nodos a los que está conectado un nodo focal y el peso promedio de estos nodos ajustado por el parámetro de ajuste. Hay dos valores de referencia para el parámetro de ajuste (0 y 1), y si el parámetro se establece en cualquiera de estos valores, se reproducen las medidas existentes (Barrat et al., 2004; Freeman, 1978). Si el parámetro se establece en el valor de referencia de 0, los resultados de las medidas se basan únicamente en el número de vínculos, y son iguales a la encontrada al aplicar la medida de Freeman (1978) a una versión binaria de una red donde todas las los lazos con un peso mayor a 0 se configuran como presentes. Al hacerlo, los pesos vinculados son completamente ignorados. Por el contrario, si el valor del parámetro es 1, la medida se basa solamente en los pesos de empate y es idéntica a la generalización ya propuesta (Barrat et al., 2004). Esto implica que no se tiene en cuenta el número de vínculos. La siguiente tabla destaca las diferencias entre las medidas de grado.
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Nodo Grado medido por
Freeman (1978) Barrat et al. (2004) Opsahl et al. (2010; alpha=0.5) Opsahl et al. (2010; alpha=1.5)
Phipps Arabie (A) 28 155 66 365
John Boyd (B) 11 188 45 777
Maureen Hallinan (C) 6 227 37 1396

Para calcular las puntuaciones de grado de los nodos, a continuación se muestra un código de muestra para calcular los puntajes de grado de las neuronas del gusano c.elegans (Watts y Strogatz, 1998) utilizando el R-package tnet.
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# Load tnet
library(tnet)
# Load the neural network of the c.elegans network
data(tnet)
# Calculate the out-degree of neurons and the generalised measures (alpha=0.5)
degree_w(net=celegans.n306.net, measure=c("degree","output","alpha"), alpha=0.5)
# Calculate the in-degree of neurons and the generalised measures (alpha=0.5)
degree_w(net=celegans.n306.net, measure=c("degree","output","alpha"), alpha=0.5, type="in")


Cercanía



La cercanía se define como la inversa de la lejanía, que a su vez es la suma de las distancias a todos los demás nodos (Freeman, 1978). La intención detrás de esta medida fue identificar los nodos que podrían llegar a otros rápidamente. Una limitación principal de la cercanía es la falta de aplicabilidad a redes con componentes desconectados: dos nodos que pertenecen a diferentes componentes no tienen una distancia finita entre ellos. Por lo tanto, la cercanía generalmente está restringida a los nodos dentro del componente más grande de una red. La publicación de blog Closeness Centrality in Networks with Disconnected Components sugiere un método para superar esta limitación,

La cercanía se ha generalizado a las redes ponderadas por Newman (2001), que utilizó el algoritmo de Dijkstra (1959) (para obtener más detalles, consulte Trayectos más cortos en Redes ponderadas). Para reiterar rápidamente el trabajo de Dijkstra (1959) y de Newman (2001) aquí:
  1. Dijkstra (1959) propuso un algoritmo para encontrar las rutas más cortas en una red donde los pesos podrían considerarse costos. La ruta menos costosa que conecta dos nodos fue la ruta más corta entre ellos (por ejemplo, una red de carreteras donde cada tramo de carretera tiene un costo de tiempo asignado).
  2. Newman (2001) transformó los pesos positivos en una red de colaboración en costos invirtiéndolos (dividiendo 1 por el peso).
  3. Sobre la base de los pesos invertidos, Newman (2001) aplicó el algoritmo de Dijkstra y encontró los caminos menos costosos entre todos los nodos.
  4. El costo total de las rutas de un nodo a todos los demás fue una medida de lejanía: cuanto mayor es el número, más cuesta que un nodo llegue a todos los otros nodos. Para crear una medida de proximidad, Newman (2001) siguió a Freeman (1978) e invirtió los números (1 dividido por la lejanía). Por lo tanto, una alta lejanía se transformó en una baja cercanía, y una baja lentitud se transformó en una gran cercanía.

De forma similar a la generalización de grado de Barrat et al. (2004), el algoritmo generalizado de Newman (2001) se centra únicamente en la suma de ponderaciones de relación y no tiene en cuenta la cantidad de vínculos en las rutas. Opsahl et al. (2010) la generalización de las rutas más cortas se puede aplicar para determinar la longitud de ellas.

Para calcular las puntuaciones de cercanía de los nodos, a continuación se muestra un código de muestra para calcular los puntajes de cercanía de las neuronas del gusano c.elegans (Watts y Strogatz, 1998) utilizando el paquete de R tnet.




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# Load tnet
library(tnet)
# Load the neural network of the c.elegans network
data(tnet)
# Calculate the binary closeness scores
closeness_w(net=celegans.n306.net, alpha=0)
# Calculate the first generation weighted closeness scores
closeness_w(net=celegans.n306.net, alpha=1)
# Calculate the second generation weighted closeness scores (alpha=0.5)
closeness_w(net=celegans.n306.net, alpha=0.5)

Intermediación

La medida en que un nodo forma parte de las transacciones entre otros nodos se puede estudiar utilizando la medida de interdependencia de Freeman (1978). En la red de muestra de la derecha, si los enlaces no tenían un peso asignado, las líneas grises intermitentes representan las 9 rutas más cortas de la red que pasan por nodos intermedios. El nodo resaltado es un intermedio en 8 de estas rutas. Esto le dará a este nodo una puntuación de interinidad de 8.



Brandes (2001) propuso un nuevo algoritmo para calcular la interrelación más rápido. Además de reducir el tiempo, este algoritmo también relajó la suposición de que los vínculos debían estar presentes o ausentes (es decir, una red binaria) y permitió que se calculase la interdependencia en redes ponderadas (tenga en cuenta que esta generalización es independiente de la medida de flujo propuesta por Freeman et al., 1991, que podría ser más apropiado en ciertos entornos). Esta generalización tiene en cuenta que, en las redes ponderadas, la transacción entre dos nodos podría ser más rápida a lo largo de las rutas con más nodos intermedios que están fuertemente conectados que las rutas con menos nodos intermedios débilmente conectados. Esto se debe al hecho de que los nodos intermedios fuertemente conectados tienen, por ejemplo, un contacto más frecuente que los conectados débilmente. Por ejemplo, el vínculo entre el nodo superior izquierdo y el nodo focal en la red de muestra anterior tiene cuatro veces la fuerza del enlace entre el nodo inferior izquierdo y el nodo focal. Esto podría significar que el nodo superior izquierdo tiene contacto más frecuente con el nodo focal que el nodo inferior izquierdo. A su vez, esto podría implicar que el nodo superior izquierdo podría dar al nodo focal una información (o una enfermedad) cuatro veces más rápido que el nodo inferior izquierdo. Si estamos estudiando los nodos que con mayor probabilidad canalizan información o enfermedades en una red, entonces la velocidad a la que viaja y las rutas que lleva se ven claramente afectadas por los pesos. La identificación de las rutas más cortas en redes ponderadas también se puede utilizar al identificar los nodos que canalizan transacciones entre otros nodos en redes ponderadas. Si suponemos que las transacciones en una red ponderada siguen las rutas más cortas identificadas por el algoritmo de Dijkstra en lugar de la que tiene el menor número de nodos intermedios, entonces el número de rutas más cortas que pasan por un nodo podría cambiar.

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Nodo Medida de intermediación de
Freeman (1978) Brandes (2001) Opsahl et al. (2010; alpha=0.5)
1 0 4 0
2 8 8 8
3 0 0 0
4 0 0 0
5 4 4 4
6 0 0 0


Ahora, el nodo 1 (A) también obtuvo una puntuación de interdependencia de 4. Esto se debe a que se usa la ruta indirecta desde el nodo B al nodo C hasta A en lugar de la conexión directa.

De forma similar a la generalización de proximidad de Newman (2001), el algoritmo generalizado de Brandes (2001) se centra únicamente en la suma de ponderaciones de relación y no tiene en cuenta la cantidad de vínculos en las rutas. Opsahl et al. (2010) la generalización de las rutas más cortas también puede aplicarse para identificarlas.

Para calcular las puntuaciones de interdete de los nodos, a continuación se muestra un código de muestra para producir las tres tablas anteriores utilizando el paquete de R de tnet.
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# Manually enter the example network
net <- cbind(
i=c(1,1,2,2,2,2,3,3,4,5,5,6),
j=c(2,3,1,3,4,5,1,2,2,2,6,5),
w=c(4,2,4,1,4,2,2,1,4,2,1,1))
# Calculate the binary betweenness measure
betweenness_w(net, alpha=0)
# Calculate the first generation weighted betweenness measure
betweenness_w(net, alpha=1)
# Calculate the first generation weighted betweenness measure
betweenness_w(net, alpha=0.5)

 Nota: La implementación del algoritmo de Brandes (2001) encuentra múltiples rutas si tienen exactamente la misma distancia. Por ejemplo, si se encuentra un camino sobre el empate directo con un peso de 1 (distancia = 1/1 = 1) y un segundo camino es a través de un nodo intermediario con dos empates con pesos de 2 (distancia = 1/2 + 1 / 2 = 1), las dos rutas tienen exactamente la misma distancia. Sin embargo, si hay un tercer camino a través de dos intermediarios con tres vínculos con pesos de 3 (distancia = 1/3 + 1/3 + 1/3), no es exactamente igual a 1 ya que las computadoras leen estos valores como 0.3333333 y la suma de estos valores es 0.9999999. Por lo tanto, esta ruta se considera más corta que las otras dos rutas (distancia = 1).

Referencias

Barrat, A., Barthelemy, M., Pastor-Satorras, R., Vespignani, A., 2004. The architecture of complex weighted networks. Proceedings of the National Academy of Sciences 101 (11), 3747-3752. arXiv:cond-mat/0311416
Brandes, U., 2001. A Faster Algorithm for Betweenness Centrality. Journal of Mathematical Sociology 25, 163-177.
Dijkstra, E. W., 1959. A note on two problems in connexion with graphs. Numerische Mathematik 1, 269-271.
Freeman, L. C., 1978. Centrality in social networks: Conceptual clarification. Social Networks 1, 215-239.
Freeman, L. C., Borgatti, S. P., White, D. R., 1991. Centrality in valued graphs: A measure of betweenness based on network flow. Social Networks 13 (2), 141-154.
Newman, M. E. J., 2001. Scientific collaboration networks. II. Shortest paths, weighted networks, and centrality. Physical Review E 64, 016132.
Opsahl, T., Agneessens, F., Skvoretz, J. (2010). Node centrality in weighted networks: Generalizing degree and shortest paths. Social Networks 32, 245-251.