D3.js实现力向导图的绘制教程详解

什么是力导向图

力导向图（Force-Directed Graph），又称作弹簧-电荷网络图（Spring-Electrical Network），是一种用于表现连接关系的图表类型。力导向图主要用于网络，社交网络分析、生物信息学、市场营销、数据挖掘等方面。它使用物理引力和斥力来模拟节点之间的连接，使得节点之间趋于平衡，可以形成有意义的可视化图表。

D3.js是什么

D3.js（Data-Driven Documents）是一个基于JavaScript的开源可视化库。它通过使用HTML、SVG和CSS等不同的Web标准，帮助用户在网页上实现各种各样的可视化。

实现力向导图的D3.js代码

1. 基础模板

首先，我们需要准备HTML文件，并包含以下的模板：

<!DOCTYPE html>
<meta charset="utf-8">
<style>
/* 样式 */
</style>
<body>
<!-- SVG画布 -->
<script src="https://d3js.org/d3.v5.min.js"></script>
<script>
// D3.js代码
</script>
</body>

2. 数据准备

接着，准备用于绘制网络的数据。这里我们使用一个JSON对象：

var graph = {
  "nodes": [
    {"id": "0", "label": "Node 1"},
    {"id": "1", "label": "Node 2"},
    {"id": "2", "label": "Node 3"},
    {"id": "3", "label": "Node 4"}
  ],
  "links": [
    {"source": "0", "target": "1"},
    {"source": "1", "target": "2"},
    {"source": "2", "target": "3"},
    {"source": "3", "target": "0"}
  ]
};

其中，nodes表示节点列表，每个节点有一个id和一个label；links表示节点之间的关系列表，每个关系有一个source和一个target，分别对应起点和终点的节点id。

3. 力导向图生成器

接着，我们使用D3.js的力导向图生成器（forceSimulation）来计算节点之间的力量和位置。在这个例子中，我们使用以下代码：

var width = 960;
var height = 600;

var svg = d3.select("body").append("svg")
    .attr("width", width)
    .attr("height", height);

var simulation = d3.forceSimulation()
    .nodes(graph.nodes)
    .force("link", d3.forceLink(graph.links).id(function(d) { return d.id; }))
    .force("charge", d3.forceManyBody())
    .force("center", d3.forceCenter(width / 2, height / 2));

解释一下每段代码的作用：

选择body，然后添加一个SVG画布，并设置宽度和高度。
使用d3.forceSimulation()方法创建一个新的力导向图模拟器。在这个模拟器中，我们还可以添加力的类型，例如link、charge和center。
使用.nodes()方法传递节点列表的引用。
使用.force("link")方法传递连接关系列表的引用，并使用.forceLink()方法设置连接关系的id。
使用.force("charge")添加一种与节点之间的互动力量有关的力。
使用.force("center")将力起点设置为画布的中心。

4. 节点绘制

接着，我们需要绘制节点（圆形）和它们的标签。使用以下代码：

var node = svg.selectAll(".node")
    .data(graph.nodes)
    .enter().append("g")
    .attr("class", "node");

node.append("circle")
    .attr("r", 10);

node.append("text")
    .attr("dx", 12)
    .attr("dy", ".35em")
    .text(function(d) { return d.label });

解释一下每段代码的作用：

使用selectAll()方法选择所有节点，并使用.data()方法绑定节点列表到选择的DOM元素上。
使用.enter()方法获取新节点，并使用.append()方法添加节点到SVG画布上。
使用.attr()方法设置节点的样式。
添加了一个g元素，方便以后进行平移操作。
给节点添加圆形和标签。

其中，在node.append("g").attr("class", "node")中，我们创建了一个g元素，将其定义为“node”类，这意味着我们可以在它们上面执行相同的操作。聚合圆圈和文本，以便在应用力时它们能一起移动。

5. 连接线绘制

最后，我们需要绘制连接线（边缘）。使用以下代码：

var link = svg.selectAll(".link")
    .data(graph.links)
    .enter().append("line")
    .attr("class", "link");

d3.forceSimulation()
    .nodes(graph.nodes)
    .force("link", d3.forceLink(graph.links))
    .on("tick", ticked);

function ticked() {
  link.attr("x1", function(d) { return d.source.x; })
      .attr("y1", function(d) { return d.source.y; })
      .attr("x2", function(d) { return d.target.x; })
      .attr("y2", function(d) { return d.target.y; });

  node.attr("transform", function(d) { return "translate(" + d.x + "," + d.y + ")"; });
}

解释一下每段代码的作用：

使用.selectAll()方法选择所有连接线，并使用.data()方法绑定连接列表到选择的DOM元素上。
使用.enter()方法添加连接到SVG画布上，并使用.attr()方法设置样式。
使用d3.forceSimulation()方法重新设置力导向图模拟器的节点，连接和力（在这个例子中，仅针对连接）。
使用.on("tick", ticked)方法创建一个回调函数，当力模拟器运作时（每个内部计算步骤）即重绘页面。
ticked()函数在节点移动时不断被调用，并使用link.attr()方法绘制连接线，使用node.attr()方法移动节点。

示例解释

示例1：集成到已有的网站

下面是一个将力导向图集成到现有网站（TaipeiCityBus.com）的示例。假设我们要在该网站上绘制公交车的运行路线。以下是实现步骤：

首先，我们获取公交车路线的JSON数据。
然后，我们需要转换该JSON数据，以适应力导向图的格式。在这个例子中，转换JSON时我们增加了一个id值，并删除了一些数据。
接着，我们根据转换后的JSON数据和D3.js的代码绘制力导向图。

<!DOCTYPE html>
<meta charset="utf-8">
<style>
  #map {
    position: relative;
  }
  #map-svg {
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
  }
</style>
<body>
<div id="map">
  <!-- 添加一些HTML标签和CSS样式 -->
</div>
<script src="https://d3js.org/d3.v5.min.js"></script>
<script>
  /* 加载JSON数据、转换JSON格式、绘制力导向图并在SVG中插入地图 */
</script>
</body>

示例2：交互式力导向图

下面是交互式力导向图的示例。我们将使用D3.js和类似chord diagram的力导向图实现，在线展示流音乐的播放次数数据。当鼠标指向某首歌时，它的播放次数会在整个图表中突出显示。

以下是实现步骤：

首先，我们需要准备用于绘制流音乐播放次数的数据。
然后，我们可以使用D3.js的chord force-directed diagram generator来生成一个力导向图。
最后，我们可以对这个力导向图进行一些交互处理，如鼠标移动到特定部分时改变颜色。

<!DOCTYPE html>
<meta charset="utf-8">
<style>
  /* 样式 */
</style>
<body>
<div id="viz"></div>
<script src="https://d3js.org/d3.v5.min.js"></script>
<script>
  /* 绘制力导向图 */
</script>
</body>

总结

通过以上步骤，我们可以使用D3.js轻松绘制力导向图。它功能强大，确保您的数据可视化和网站设计趋于完美。

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D3.js实现力向导图的绘制教程详解

D3.js实现力向导图的绘制教程详解

什么是力导向图

D3.js是什么

实现力向导图的D3.js代码

1. 基础模板

2. 数据准备

3. 力导向图生成器

4. 节点绘制

5. 连接线绘制

示例解释

示例1：集成到已有的网站

示例2：交互式力导向图

总结

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