VISUALIZACIÓN DE REDES:

HERRAMIENTAS Y TÉCNICAS PARA

LA CREACIÓN Y EVALUACIÓN

VISUAL DE LAS REDES Kiare Espinoza, Yessenia Martínez, Keysilin Racine

Universidad Tecnológica de Panamá

kiare.espinoza@utp.ac.pa

yessenia.martinez@utp.ac.pa

keyracine_10@hotmail.com

Resumen

Este documento aborda las diferentes técnicas para la visualización de redes, a fin de determinar las

ventajas y desventajas de su aplicación en el análisis y representación visual de las redes en general.

Para llevar a cabo esta evaluación, las técnicas y herramientas utilizadas estarán enfocadas en la

visualización de redes.

Para la evaluación de redes se abordarán las herramientas: IGraph, Java Universal

Network/Graph, Gephi, Pajek y para el análisis de las redes las técnicas de grafos, las

matrices y las hiperbólicas.

Etiquetas

Visualización de redes, técnicas de visualización de redes, grafos, matrices, árbol hiperbólico

software para la visualización de redes.

1. Introducción

Existen diversas formas parar interpretar o representar los datos en una red de información.

Las técnicas para la visualización de redes se enfocan en figurar de manera gráfica y simbólica el

funcionamiento de una red. Existen numerosas técnicas para lograr este proceso.

El crecimiento de las redes ha despertado gran interés en los investigadores de conocer a fondo y

desarrollar herramientas para realizar diferentes análisis de acuerdo a las visiones de cada

investigador.

En base a este crecimiento han surgido áreas de investigación como lo son la recuperación de

información, donde se han venido desarrollando aplicaciones para la recuperación de grandes

cantidades de información.

Tantos las técnicas como las herramientas utilizadas para la visualización de redes son un gran

aporte para que las personas que no tengan conocimiento de las mismas puedan lograr entender que

sucede en ese mundo detrás de las redes.

2. Visualización de redes: Concepto

La visualización de redes consiste en representar de manera gráfica una red, a fin de brindar una

visión sobre la forma en cómo se mostraría la red en la vida real, como se transporta la información,

sus valores y atributos. Foley y Kibasky (1994), definen la visualización como “la transformación

de los datos a una representación que puede ser percibida por los sentidos. Los resultados de esta

transformación pueden ser visuales, auditivos, táctiles o una combinación de estos”.

La visualización de los datos con el empleo de técnicas permite realizar un análisis visual de los

datos y mejora la de cualquier otro tipo de análisis o métrica que dependa de la composición o

estructura de los datos generados.

3. Técnicas para la visualización de redes

La palabra técnica proviene del griego: technicu y del latín technicus que significa relativo al arte o

el cómo hacer algo para obtener un resultado. Hernández (2003), define el concepto de técnica

como “el saber identificar los recursos de la naturaleza para aplicarlos a una ciencia o arte. Pero

también comprende la habilidad para saber usar esos recursos con provecho”.

Existen una serie de técnicas para la visualización de redes, las cuales facilitan la exploración,

análisis y comunicación de los datos. Algunas de las técnicas que se pueden utilizar, se mencionan a

continuación:

3.1 Grafos

Los grafos se utilizan para visualizar la relación que existe entre una serie de elementos.

Caicedo(2010), explica que “los grafos son una estructura de datos no lineal, que puede ser utilizada

para modelar diversas aplicaciones, incluso relacionadas con la vida real”. Estos se clasifican según

su relación de la siguiente manera:

Unívoca:

o Grafos dirigidos: Ocurre cuando las aristas poseen una dirección definida.

Biunívoca:

o Grafos no dirigidos: Las aristas no tienen un sentido de dirección definido.

Para la utilización de grafos en la representación de datos, es necesario primero conocer los

siguientes conceptos:

Aristas: Son líneas que unen los nodos de un grafo, y constituye los caminos que pueden

recorrerse. Poseen la siguiente clasificación:

o Aristas Adyacentes: Cuando se encuentran en el mismo vértice.

o Aristas Paralelas: Cuando el vértice inicial y final es el mismo.

o Aristas Cíclicas: Arista que parte de un vértice para entrar en el mismo.

Cruce: Ocurre cuando dos aristas se cruzan en el mismo punto.

Vértices: Son los puntos o nodos con los que esta conformado un grafo.

Caminos: Es una sucesión finita no vacía de aristas.

3.2 Matriz de adyacencia

Es una de las formas en la que se puede visualizar las relaciones que existen en cada grafo. Consiste

en matrices cuadradas que representan relaciones binarias.

Cualquier grafo se puede representar como una matriz de adyacencia, donde cada fila o columna

representa un nodo del grafo, y cada elemento de la matriz figura las conexiones entre los pares del

nodo.

Para crear una

matriz de adyacencia, se deben seguir los siguientes pasos:

Inicializar la matriz en cero.

Cuando existe una relación entre dos nodos, se suma uno al la posición que le corresponde.

En el caso de que aparezca un ciclo y el grafo es no dirigido, entonces se suma dos.

Ilustración 1. Tipos de grafos

Ilustración 2. Representación de grafo mediante una matriz de adyacencia

Una de las desventajas que posee esta forma de visualización es que puede ser difícil de entender

para una persona que desconoce del tema, ya que se utilizan valores binarios y matrices.

3.3 Hiperbólicos

Es un método de visualización óptimo para jerarquías, especialmente para la visualización y

manipulación de una gran cantidad de datos jerárquicos.

Ilustración 3. Representación de grafos mediante el uso de hiperbólicos.

Lamping et al. (1994) menciona el funcionamiento de la técnica de la siguiente manera: “asigna una

gran cantidad de espacio para el despliegue de información de una porción de la jerarquía mientras

esta porción aún se encuentra en el contexto de la jerarquía completa. La esencia de este esquema es

la de desplegar toda la jerarquía de manera uniforme en un plano hiperbólico y navegar en este

plano a través de una región circular. Existe una relación directa entre el enfoque y el contexto, así

como una redirección continua del enfoque”. Por lo que al utilizar la geometría hiperbólica, los

datos se desplegarán en forma de un árbol de información jerárquica, con la ventaja de que se puede

modificar su posición para que la información pueda ser visualizada desde cualquier otro nodo.

4. Herramientas para la visualización de redes

Debido a la gran utilidad que muestran las técnicas de visualización, se han desarrollado diferentes

aplicaciones que brindan un apoyo adicional para su diseño e interpretación. A continuación se lista

una serie de softwares que sirven de apoyo para análisis de datos.

4.1 IGraph

Es una librería de código abierto que provee un conjunto de tipos de datos y funciones para el

dibujo de grafos (tanto dirigidos como no dirigidos), utilizando un lenguaje de programación de alto

nivel, ya sea Python, C, o Ruby.

Ilustración 4. Ejemplo de uso de IGraph

4.2 Java Universal Network/Graph

También conocida como JUNG. Es una herramienta (específicamente, una librería) escrita en

lenguaje JAVA que permite la representación, análisis y manipulación de datos mediante la

utilización de grados.

Ilustración 5. Utilización de JUNG para generación de grafos.

La desventaja de JUNG es que para su uso, se requiere tener de conocimientos de programación y

debe implementarse en una aplicación JAVA.

4.3 Gephi

Es una de las opciones más interesantes para el diseño de redes mediante grafos. Gephi es un

software de código abierto que permite visualizar, navegar y analizar grafos (dirigidos, no dirigidos

o mixtos) en tres dimensiones a través de su motor de renderizado; también permite manipular en

tiempo real las estructuras creadas, colocándole nuevas formas, propiedades y colores.

Ilustración 6. Ventana principal de Gephi, donde se visualiza la red en tiempo real.

4.4 Pajek

Es una herramienta realizada en formato .NET, que permite la visualización y análisis visual de los

datos ingresados. Una de sus características principales es que permite la aplicación de métricas

sobre los grafos realizados.

Ilustración 7. Ilustración de la red de una ciudad utilizando Pajek.

5. Análisis comparativo de las técnicas de visualización de redes

poder realizar un análisis de las técnicas mencionadas en el documento, se diseñó una red de oficina

básica, compuesta por cinco computadoras, dos routers y un servidor FTP.

Ilustración 8. Ejemplo de red a analizar mediante técnicas de visualización.

A continuación se presenta el gráfico de (ilustración 8) donde se enfoca la red en la técnica de

visualización antes mencionada como grafos.

Representación mediante grafos.

Ilustración 9. Representación de la red mediante grafos (dirigido). Los colores representan: rojo (servidor), azul

(ordenadores), verde (routers).

Los colores de los grafos representan lo siguiente:

Azul: Ordenadores

Verde: Routers

Rojo: Servidor FTP

Representación mediante la matriz de adyacencia.

1 2 3 4 5 6 7 8

1 0 0 0 0 0 1 0 0

2 0 0 0 0 0 1 0 0

3 0 0 0 0 0 1 0 0

4 0 0 0 0 0 0 1 0

5 0 0 0 0 0 0 1 0

6 1 1 1 0 0 0 1 0

7 0 0 0 1 1 0 0 1

8 0 0 0 0 0 0 1 0

Ilustración 10. Matriz de adyacencia. Los valores binarios representan las relaciones existentes entre los nodos.

Representación mediante geometría hiperbólica.

Ilustración 11.Representación de grafo mediante Hiperbólicos.

6. Resultados del análisis

En el caso de la utilización de grafos para representar la red, se visualiza con mayor facilidad el

recorrido que tendrá la información dentro de la red, ya que por su naturaleza, no se impone una

restricción en cuanto a la cantidad de vértices o nodos a utilizar. La interpretación de la matriz de

adyacencia es algo confusa, ya que requiere primeramente de la visualización del grafo de donde

proviene los datos para luego iniciar con su elaboración.

En base a esta información y a que es difícil que una persona sin conocimiento previo de la creación

de matrices pueda entenderla, la comparación de las técnicas queda reducida a los grafos y al árbol

hiperbólico.

El diagrama de árbol hiperbólico, tiene la facilidad de que la visualización de la red puede verse

desde diferentes perspectivas, garantizando un mejor análisis de los elementos que conforman el

diagrama. Como lo menciona Fieldman (2007) “la habilidad de distorsión y de integrar un

crecimiento de la estructura en forma exponencial, permite explorar grandes jerarquías en un

espacio de visualización relativamente limitado”.

En resumen, se presentan las ventajas y desventajas de los diagramas vistos en el documento:

Grafos:

o Ventajas:

o Es fácil de entender y observar las relaciones entre los elementos.

o Desventajas:

o Es algo abstracta y no proporciona mucha información sobre lo que se desea

representar.

Matrices de adyacencia:

o Ventajas:

o Se puede determinar fácilmente los enlaces, ciclos y arcos de los nodos.

o Desventajas:

o Su interpretación puede ser algo confusa.

o Se encuentra sólo orientada a los grafos.

o Lleva algo de tiempo el examinar los valores de la matriz para luego convertirla en

un grafo.

Hiperbólicos:

o Ventajas:

o Visualización de los elementos que conforman el árbol desde diferentes

perspectivas, aunque el diagrama se encuentre en un espacio reducido.

o Desventajas:

o Al inicio es un poco costoso de interpretar si no se está familiarizado con los

conceptos básicos sobre árboles.

7. Conclusión

El ser humano siempre ha tenido la curiosidad de crear nuevas maneras de interpretar la

información proveniente de lo que se encuentra a su alrededor. Gracias a ello, se han creado las

técnicas de visualización de datos, que pueden ser aplicadas no sólo en el área informática, sino

también en otros campos laborales. La complejidad que presentan estas técnicas hace que cada una

sea apta para ser aplicada según el tipo de información que se desea manejar.

Debido a que el diseño y análisis de alguna de estas técnicas puede ser algo difícil de realizar de

manera manual, en el campo de la informática se han desarrollado diferentes aplicaciones que

sirven como herramienta de apoyo al analista, y la mayoría de ellas son accesibles a cualquier

persona de forma gratuita.

De las técnicas mencionadas en este documento, los grafos es la que puede ser interpretada con

mayor facilidad por una persona, ya que no se requiere tener algún conocimiento sobre el tema. Si

se requiere tener mayor interactividad con la información desde diferentes puntos de vista, el árbol

hiperbólico es la mejor opción; y la menos recomendable en este caso sería la matriz de adyacencia,

debido a que pueden ocurrir confusiones al intentar interpretar los valores que se encuentran en la

matriz.

Referencias

1. Caicedo Barrero, A., Wagner de García,G., Méndez Parra, R. (2010). Introducción a la

Teoría de Grafos. Pág. 1. ELIZCOM S.A.S.

2. Drozdek, A. (2007). Estructuras de datos y algoritmos con Java. Pág. 376. Cengage

Learning Editores.

3. Federico Medrano, J., Alonso Berrocal, J., Figuerola, C. Visualización de Grafos Web.

Abril 2012, Pág. 6-8.

4. Feldman, R. Sanger, J. (2007). The Text Mining Handbook: Advanced Approaches in

Analyzing Unstructured Data., Pág. 218. Cambridge University Press.

5. García Hernández, L. Técnicas de visualización para crawlers. Jwire, un caso práctico.

Septiembre 2010, Pág. 14, 17,18.

6. Hernández, R. (2003). La administracion de la funcion informatica/ Administration of

Computing Function: Una Nueva Profesion. Pág. 82. Editorial Limusa.