A visualization method for metagraphs with complex multi-level hierarchical structures

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Graph visualization is a crucial tool for the visual analysis of interconnected data; however, traditional methods often fail to efficiently represent nested, multi-level hierarchical structures. This study proposes a method based on classical force-directed layout algorithms, specifically designed for visualizing metagraphs through a planetary interaction model of vertices. The distinctive feature of the proposed approach lies in incorporating the intrinsic weight of each vertex. This adaptation allows for the preservation of nested structures, improved graph readability, and scalability of the visualization as data complexity increases. Simulation results demonstrate the method's effectiveness across various types of nested data, including file systems, organizational hierarchies, and biological ontologies.

About the authors

Aleksei V. Molchanov

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: molchanovav@student.bmstu.ru
SPIN-code: 5436-5405

postgraduate student

Russian Federation, Moscow

Yuriy E. Gapanyuk

Bauman Moscow State Technical University

Email: gapyu@bmstu.ru
SPIN-code: 4758-2148

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Gennady I. Afanasyev

Bauman Moscow State Technical University

Email: gaipcs@bmstu.ru
SPIN-code: 7790-1645

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

References

  1. Antonov E.V., Artamonov A.A., Rudik A.V., Malugin M.I. Visualization of trends in the scientific field: A proposed method and a review of big data. Scientific Visualization. 2022. Vol. 14. No. 2. Pp. 62–76. (In Rus.). doi: 10.26583/sv.14.2.06.
  2. Gorshkov Yu.G. Visualization of lung sounds based on multilevel wavelet analysis. Scientific Visualization. 2022. Vol. 14. No. 2. Pp. 18–26. (In Rus.). doi: 10.26583/sv.14.2.02.
  3. Gapanyuk Yu.E. Stages of development of the metagraph model of data and knowledge. In: Integrated Models and Soft Computing in Artificial Intelligence (IMI-2021). Collection of Scientific papers of the X International Scientific and Technical conf. In 2 vols. Vol. 2. 2021. Pp. 190–200.
  4. Gureev V., Mazov N. Increasing the role of open bibliographic data in conditions of limited access to proprietary IP. Theory and Practice of Science Management. 2023. No. 5. Pp. 49–76. (In Rus.). doi: 10.19181/smtp.2023.5.2.4.
  5. Karpachevskij A. Theoretical and technological problems of geographical network analysis. In: Geodesy, cartography, geoinformatics, and cadastre. Innovations in science, education and production. 2024. doi: 10.52565/9785911553449.
  6. Kasyanov V.N. Methods and means of information visualization based on attributed hierarchical graphs with ports. Siberian Aerospace Journal. 2023. Vol. 24. No. 1. Pp. 8–17. (In Rus.). doi: 10.31772/2712-8970-2023-24-1-8-17.
  7. Isaev R.A., Podesovsky A.G., Zakharova A.A. Metaphors of visualization in the tasks of exploration analysis of heterogeneous data. Scientific Visualization. 2024. Vol. 16. No. 5. Pp. 56–74. (In Rus.). doi: 10.26583/sv.16.5.04.
  8. Omelyanchuk N.A., Rybakov M.A., Zemlyanskaya E.V. Methods of reconstruction of gene regulatory networks based on transcriptomic data of individual cells. Vavilovsky Journal of Genetics and Breeding. 2024. Vol. 28. No. 8. Pp. 974–981. (In Rus.)
  9. Terekhov V.I., Chernenkiy V.M., Gapanyuk Yu.E. Representation of complex networks based on metagraphs. In: Neuroinformatics–2016. Collection of scientific papers of the XVIII All-Russian scientific and technical conf. In 3 parts. Part 1. Moscow: National Research Nuclear University MEPhI, 2016. Pp. 225–235.
  10. Chatzimparmpas A., Kucher K., Kerren A. Visualization for trust in machine learning revisited: The state of the field in 2023. IEEE Computer Graphics and Applications. 2024. Vol. 44. No. 3. Pp. 99–113. doi: 10.1109/MCG.2024.3360881.
  11. Davidson R., Harel D. Drawing graphs nicely using simulated annealing. ACM Transactions on Graphics. 1996. Vol. 15. Pp. 301–331.
  12. Jacomy M., Venturini T., Heymann S., Bastian M. ForceAtlas2, a continuous graph layout algorithm for handy network visualization designed for the gephi software. PLoS ONE. 2014. Pp. 1–12.
  13. Jeong H., Tombor B., Albert R. et al. The large-scale organization of metabolic networks. Nature. 2000. Vol. 407. Pp. 651–654. doi: 10.1038/35036627.
  14. Noack A. An energy model for visual graph clustering. In: Graph drawing. G. Liotta (ed.). Berlin; Heidelberg: Springer, 2003. Vol. 2912. Pp. 425–436. (Lecture Notes in Computer Science).
  15. Noack A. Unified quality measures for clusterings, layouts, and orderings of graphs, and their application as software design criteria. Dis. … of PhD. Cottbus: Brandenburg University of Technology, 2007. 303 p.
  16. Regan E., Barabási A.-L. Hierarchical organization in complex networks // Physical Review E. 2003. Vol. 67. doi: 10.1103/PhysRevE.67.026112.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Example of metagraph in annotated model

Download (198KB)
3. Fig. 2. Interaction of forces at node v₂ towards to v₁

Download (49KB)
4. Fig. 3. Example of visualization of planetar model of metagraph

Download (150KB)


License URL: https://www.urvak.ru/contacts/

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».