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可視化ソフトCytoscapeで日本の鉄道を可視化する

Posted at 2019-09-13

#はじめに
研究でCytoscapeという可視化ソフトを使う機会があったため，練習も兼ねて何か可視化してみようと思いました．
そこで定番(？)の鉄道をテーマにしました．電車とか好きそう

#環境
Windows10にAnacondaでPython3の環境構築をしてあります．
Jupyter notebookを使用しています．
また，可視化ソフトとしてCytoscapeを使用しました(後述)．

#やること
・Cytoscapeインストール
・鉄道データの入手
・データ加工
・可視化

#Cytoscapeインストール
Cytoscapeはバイオインフォマティクスなどで主に用いられるオープンソースの可視化ソフトです．ノードの座標をひとつひとつ指定できたり，色や大きさなどの見た目を変えられたり，直感的に編集できる印象を持ちました．

公式ページからインストールできます．

今回使用するデスクトップ版のほかに，Cytoscape.jsというライブラリとしても提供されているようです．

#鉄道データの入手
こちらの記事を参考にさせていただき，駅データ.jpという駅データ無料ダウンロードサービスを発見しました．

駅データ.jp

・駅(駅コード，駅グループコード，駅名，路線コード，郵便番号，住所，緯度，経度など)
・路線(路線コード，名称，区分，カラーなど)
・接続駅(駅コード1，駅コード2)
・事業者(事業者コード，事業者名など)
これらの豊富なデータベースをcsv形式で無料ダウンロードすることができます．
また，APIでの提供も行っておられるようです．

ネットワークの可視化にはノードとエッジ，つまり駅データと接続駅データが必要なのでそれぞれダウンロードしました．

#データ加工
上でダウンロードしたcsvファイルをCytoscapeで利用しやすいように整形します．本来はjupyter notebookで行いましたが，pyファイルとしてまとめてみました．コメントが細かいですがnotebook形式の名残だと思ってください（　＾ω＾）・・・

make_csv_station.py

import pandas as pd

# エッジのデータ読み込み
station_edges_data = pd.read_csv("./ダウンロードした接続駅データ.csv")
# このデータは必要な列を切り取る加工だけでok
station_edges = station_edges_data.iloc[:, 1:]

station_data = pd.read_csv("./ダウンロードした駅データ.csv")

#必要な列のみ切り取る(Dataframeに対するilocは，各行，列ごとにbooleanで選択できるらしい，数行なら便利かも)
station_position_data = station_data.iloc[:,[True, False, True, False, False, False, False, False, False, True, True]]

# ノードのデータ作成
station_position = pd.DataFrame(columns=['station_name', 'x', 'y'] )
# 見栄えのため，経度の数字*500をx座標に，緯度の数字*-500をy座標に設定(Cytoscapeではy軸は下向きのため負にしている)
for index, row in station_position_data.iterrows():
    station_position = station_position.append(pd.DataFrame({'station_name':[row[1]], 'x':[row[2]*500], 'y':[row[3]*(-500)]}, index=[int(row[0])]))

# csv出力
station_position.to_csv("station_potision.csv")
station_edges.to_csv("station_edges.csv")

###結果
以下のように，ノードであるstation_position.csvは駅コード，駅名，x座標，y座標を，
エッジであるstation_edges.csvは接続する駅コードの組を持ちました．(jupyter notebookで実行した画面です)

#可視化
Cytoscapeを開きます．

###エッジ情報読み込み
エッジ情報を読ませるだけでネットワークはとりあえず見えるのでやってみます．
file -> import -> network from fileでstation_edges.csvを選択します．
次のような画面が出てくるので，ラベル場をクリックし以下のように設定します(左のindexは不要なので×，緑が始点でオレンジが終点という意味付けをしてあげます)．