張 陶 于 炯 廖 彬 國(guó)冰磊 卞 琛 王躍飛 劉 炎

1(新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 烏魯木齊 830046)2(新疆財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與信息學(xué)院 烏魯木齊 830012)3(清華大學(xué)軟件學(xué)院 北京 100084)(zt59921661@126.com)

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基于GraphX的傳球網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及分析研究

張 陶1于 炯1廖 彬2國(guó)冰磊1卞 琛1王躍飛1劉 炎3

1(新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 烏魯木齊 830046)2(新疆財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與信息學(xué)院 烏魯木齊 830012)3(清華大學(xué)軟件學(xué)院 北京 100084)(zt59921661@126.com)

雖然大數(shù)據(jù)技術(shù)在社交網(wǎng)絡(luò)、金融、公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷成熟,但在競(jìng)技體育方面的應(yīng)用還處于探索階段.常規(guī)籃球統(tǒng)計(jì)中缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的記錄,更缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、價(jià)值挖掘及應(yīng)用等方面的研究.1)由于傳球數(shù)據(jù)匯聚形態(tài)為圖,在傳球數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)清洗及格式轉(zhuǎn)化、Vertex與Edge表構(gòu)建的基礎(chǔ)上,通過(guò)GraphX構(gòu)建傳球網(wǎng)絡(luò)圖為其應(yīng)用打下基礎(chǔ);2)提出PlayerRank值區(qū)分球員重要度、球員位置個(gè)性化圖頂點(diǎn)等方法提高傳球網(wǎng)絡(luò)可視化質(zhì)量;3)通過(guò)GraphX構(gòu)建的傳球網(wǎng)絡(luò)分析傳球數(shù)量與質(zhì)量對(duì)比賽結(jié)果的影響,并例舉了傳球網(wǎng)絡(luò)在球隊(duì)傳球數(shù)據(jù)分析、戰(zhàn)術(shù)人員選擇、臨場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)制定、網(wǎng)絡(luò)子圖及游戲體驗(yàn)改進(jìn)等方面的應(yīng)用.

大數(shù)據(jù)應(yīng)用;傳球網(wǎng)絡(luò);GraphX框架;PlayerRank算法;球員重要性

據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(Internet data center)發(fā)布的報(bào)告顯示,2015年全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量達(dá)到近10 ZB,而2020年全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將達(dá)到40 ZB[1].數(shù)據(jù)的產(chǎn)生過(guò)程在經(jīng)歷被動(dòng)和主動(dòng)2種產(chǎn)生過(guò)程后,發(fā)展到了自動(dòng)產(chǎn)生階段,預(yù)示著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨.數(shù)據(jù)從簡(jiǎn)單的處理對(duì)象開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N基礎(chǔ)性資源,如何更好地管理和利用大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為普遍關(guān)注的話題,大數(shù)據(jù)的規(guī)模效應(yīng)給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理以及數(shù)據(jù)分析帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)[2].在Victor的大數(shù)據(jù)理論中,大數(shù)據(jù)最核心的問(wèn)題并不是數(shù)據(jù)的種類(variety)及量(volume),而是大數(shù)據(jù)的價(jià)值(value).大數(shù)據(jù)時(shí)代并不代表所有應(yīng)用數(shù)據(jù)量都大,大數(shù)據(jù)也是由一個(gè)個(gè)小數(shù)據(jù)集合而成,正是對(duì)小數(shù)據(jù)的持續(xù)采集、融合分析,才有積跬步而致千里的大數(shù)據(jù)價(jià)值能量的爆發(fā).自2003年Google發(fā)表論文公開(kāi)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)GFS[3](Google file system)及分布式數(shù)據(jù)處理模型MapReduce[4]以來(lái),諸多的大數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)及框架(如Hadoop,Storm,Spark[5],Pig,Hive,Hbase,Dryad等)以MapReduce為計(jì)算模型,并形成了以MapReduce為核心的大數(shù)據(jù)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng),如圖1所示:

Fig. 1 MapReduce computing model ecosystem.圖1 MapReduce計(jì)算模型生態(tài)系統(tǒng)

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟,其在社交網(wǎng)絡(luò)、金融、公共安全、醫(yī)療等方面的應(yīng)用也不斷發(fā)展成熟;但是大數(shù)據(jù)技術(shù)在競(jìng)技體育方面的應(yīng)用,還處于探索階段.大數(shù)據(jù)技術(shù)在足球方面的應(yīng)用首次亮相是在2014年的巴西世界杯,幫助德國(guó)再次捧得大力神杯的“秘密武器”之一,則是來(lái)自SAP公司的足球大數(shù)據(jù)技術(shù)解決方案Match Insights. Match Insights能夠迅速收集、處理分析球員和球隊(duì)的技術(shù)數(shù)據(jù),基于大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化球隊(duì)配置,提升球隊(duì)作戰(zhàn)能力,并通過(guò)分析對(duì)手技術(shù)數(shù)據(jù),找到在世界杯比賽中的“制敵”方式.利用大數(shù)據(jù)分析,德國(guó)隊(duì)教練可以迅速了解當(dāng)前比賽的狀況、每個(gè)球員的特點(diǎn)和表現(xiàn)、球員的防守范圍、對(duì)方球隊(duì)的空擋區(qū)等信息.通過(guò)這些信息,教練可以更有效地對(duì)球員上場(chǎng)時(shí)間、位置、技戰(zhàn)術(shù)等情況優(yōu)化配置,以提升球員及球隊(duì)的整體表現(xiàn).

在籃球比賽中,常規(guī)的技術(shù)統(tǒng)計(jì)有:得分、籃板、助攻、搶斷、蓋帽、失誤、犯規(guī)、投籃命中率、出場(chǎng)時(shí)間等;但缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的記錄,更缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用方法的研究.導(dǎo)致基于已有的技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),無(wú)法回答5個(gè)與傳球有關(guān)的問(wèn)題:

問(wèn)題1. 某球員這場(chǎng)比賽傳球多少次?接球多少次?傳球質(zhì)量怎樣?傳球助攻率多少?

問(wèn)題2. 傳切戰(zhàn)術(shù)、擋拆戰(zhàn)術(shù)及三角進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)中,由誰(shuí)來(lái)傳球最好?

問(wèn)題3. 比賽還剩5 s,落后2分,誰(shuí)來(lái)執(zhí)行絕殺投籃?誰(shuí)來(lái)傳球?

問(wèn)題4. 林書(shū)豪傳球質(zhì)量比庫(kù)里好?還是差?好多少?差多少?

問(wèn)題5. NBA中傳球質(zhì)量最好的是哪個(gè)隊(duì)?傳球最頻繁的是哪個(gè)隊(duì)?

以上僅僅例舉了5個(gè)較為常見(jiàn)的問(wèn)題,而基于已有的技術(shù)統(tǒng)計(jì),無(wú)法回答或解決的問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些.因此，為了解決這5個(gè)問(wèn)題,本文將球員之間的傳球關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)(將傳球人與接球人作為頂點(diǎn),頂點(diǎn)之間的傳球關(guān)系作為邊),發(fā)現(xiàn)隨著傳球數(shù)據(jù)量的不斷增加,最終形成一張穩(wěn)定的傳球網(wǎng)絡(luò)圖.與FaceBook、微博等社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)最大不同的是,社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中邊的屬性較為簡(jiǎn)單(通常為好友或關(guān)注關(guān)系),而傳球網(wǎng)絡(luò)中的邊屬性(邊屬性包括傳球次數(shù)、助攻次數(shù)、傳球概率、投籃命中率等)則復(fù)雜得多.由于傳球數(shù)據(jù)匯聚的頂層模型為圖,所以本文選取基于Spark[5]的圖分析工具GraphX[6-7]構(gòu)建傳球網(wǎng)絡(luò)圖,并在此基礎(chǔ)上分析NBA球員之間的傳球數(shù)據(jù),充分挖掘傳球數(shù)據(jù)的內(nèi)涵,為球員的訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)制定、對(duì)手分析、教練決策等提供支持.

1 相關(guān)研究及背景

1.1 圖的相關(guān)研究

早期經(jīng)典的圖理論研究工作,如AGM[8],FSM[9],GSAPN[10],FFSM[11]等為圖應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ).隨著Hadoop的快速發(fā)展,MapReduce計(jì)算模型得到廣泛應(yīng)用,其中FSM-H[12]及MRFSM[13]就是基于MapReduce框架的圖算法,由于Map-Reduce的優(yōu)勢(shì)在于處理批處理作業(yè),對(duì)于具有復(fù)雜業(yè)務(wù)處理邏輯的圖計(jì)算,MapReduce計(jì)算效率并不理想[14-15].在此背景下,基于內(nèi)存計(jì)算的分布式圖計(jì)算框架得到了快速發(fā)展(如GraphX是基于Spark的圖計(jì)算框架).分布式的圖計(jì)算框架是將對(duì)圖的操作(如圖的構(gòu)建、PR計(jì)算、最短路徑查找等)封裝為接口,使得圖的分布式存儲(chǔ)及計(jì)算等復(fù)雜問(wèn)題對(duì)上層應(yīng)用透明.圖計(jì)算框架能夠讓圖算法及圖應(yīng)用工程師忽略圖底層細(xì)節(jié)(如圖頂點(diǎn)、邊及其相關(guān)屬性的分布式存儲(chǔ)及計(jì)算方法),將精力聚集到具體的圖相關(guān)模型設(shè)計(jì)和應(yīng)用層面上來(lái).

當(dāng)前的圖計(jì)算框架基本上都遵循BSP(bulk synchronous parallell)[16-17]計(jì)算模式.在BSP中,一次計(jì)算過(guò)程由一系列全局超步組成,每一個(gè)超步由并發(fā)計(jì)算、通信和柵欄同步3個(gè)步驟組成,同步完成標(biāo)志著這個(gè)超步的完成及下一個(gè)超步的開(kāi)始.基于BSP模式,目前較為成熟的圖計(jì)算模型主要有Pregel[18-20]及GAS[21-22]兩種.其中Pregel模型來(lái)自于Google,借鑒MapReduce的思想,Pregel提出了“像頂點(diǎn)一樣思考”(think like a vertex)的圖計(jì)算模式,讓用戶無(wú)需考慮并行分布式計(jì)算的細(xì)節(jié),只需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)頂點(diǎn)更新函數(shù),讓框架在遍歷頂點(diǎn)時(shí)進(jìn)行調(diào)用即可.但是對(duì)于鄰居數(shù)較多的頂點(diǎn),Pregel模型需要處理的消息非常龐大,并且它們是無(wú)法被并發(fā)處理的.所以對(duì)于符合冪律分布的自然圖,Pregel模型容易出現(xiàn)應(yīng)用假死或者崩潰的現(xiàn)象.相比Pregel模型的消息通信范式,GraphLab[23]提出的GAS模型更偏向共享內(nèi)存風(fēng)格.它允許用戶的自定義函數(shù)訪問(wèn)當(dāng)前頂點(diǎn)的整個(gè)鄰域,可抽象成Gather,Apply,Scatter三個(gè)階段(GAS),與此對(duì)應(yīng),用戶需要實(shí)現(xiàn)與GAS所對(duì)應(yīng)的函數(shù)gather,apply,scatter.正是由于gather和scatter以單條邊為計(jì)算粒度,所以對(duì)于頂點(diǎn)眾多的鄰邊,可以分別由相應(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)獨(dú)立調(diào)用gather和scatter,從而較好地解決了Pregel中存在的問(wèn)題.

1.2 相關(guān)背景知識(shí)介紹

1.2.1 基于Spark的分布式圖框架GraphX

GraphX基于Spark并擴(kuò)展了Spark RDD[24](resilient distributed datasets)彈性分布式數(shù)據(jù)集的抽象,提出了Resilient Distributed Property Graph[6](點(diǎn)和邊都帶屬性的有向多重圖).由于GraphX提供Table與Graph兩種視圖,并且這2種視圖都擁有自己獨(dú)立的操作符,這使得GraphX的操作具有更大的靈活性.GraphX對(duì)Pregel及GAS模型的改進(jìn)的同時(shí)性能也是優(yōu)于GraphLab[23]和Giraph[25].GraphX不僅提供節(jié)點(diǎn)度(出度入度)的計(jì)算、子圖查詢、PageRank、最大連通圖及最短路徑等基本圖算法,并且能夠無(wú)縫地調(diào)用SparkCore中的API接口(包括map,filter,flatMap,sample,groupByKey,reduceByKey,union,join,cogroup,mapValues,sort,partionBy等).雖然基于GraphX的應(yīng)用并不成熟,但是從運(yùn)行效率及編程模型支撐的角度考慮,運(yùn)用GraphX進(jìn)行NBA傳球網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析是一個(gè)較為理想的選擇.

1.2.2 相關(guān)籃球術(shù)語(yǔ)介紹

為了方便讀者對(duì)本文的閱讀及理解,表1對(duì)本文中涉及到籃球方面的一些專業(yè)術(shù)語(yǔ)或?qū)Ｓ忻~(如NBA、NBA球隊(duì)、NBA賽制、技術(shù)統(tǒng)計(jì)等)進(jìn)行解釋.

Table 1 Basic Professional Terminology

Continued (Table 1)

1.3 本文工作與已有工作的不同

本文研究范疇屬于圖的應(yīng)用,圖廣泛應(yīng)用于社交網(wǎng)絡(luò),包括用戶網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)發(fā)現(xiàn)、用戶影響力、能量傳播、標(biāo)簽傳播等,用以提升用戶黏性和活躍度;而應(yīng)用到推薦領(lǐng)域時(shí),標(biāo)簽推理、人群劃分、年齡段預(yù)測(cè)等可以提升推薦的豐富度和準(zhǔn)確性.除社交網(wǎng)絡(luò)外,圖還在生物信息學(xué)、化學(xué)信息學(xué)、智能交通、輿情監(jiān)控等等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用.由于GraphX于Spark版本1.2之后才發(fā)布正式版,導(dǎo)致基于GraphX的算法及應(yīng)用方面的工作較少，并且,其應(yīng)用場(chǎng)景通常在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,如淘寶基于GraphX搭建了圖譜平臺(tái),可以支撐多圖合并、能量傳播模型計(jì)算、用戶影響力計(jì)算、商品推薦等算法.在國(guó)內(nèi),嚴(yán)玉良等人在文獻(xiàn)[26]中提出一種基于GraphX的大規(guī)模頻繁子圖挖掘算法FSMBUS,使得算法性能較GRAMI提高一個(gè)量級(jí).

在籃球數(shù)據(jù)研究方面,文獻(xiàn)[27]提出EPV(expected possession value)的概念,將球員場(chǎng)上的行為(如傳球、運(yùn)球、投籃等)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的EPV值,以此量化球員在球場(chǎng)上每次動(dòng)作的價(jià)值；文獻(xiàn)[28]關(guān)注籃板球數(shù)據(jù),將每次籃板數(shù)據(jù)的產(chǎn)生分解為Positioning,Hustle,Conversion三個(gè)階段,并基于籃板球數(shù)據(jù)對(duì)NBA中球員的籃板球能力進(jìn)行了分析；文獻(xiàn)[29]對(duì)球員加速行為進(jìn)行了量化研究,并對(duì)球員的加速數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化；文獻(xiàn)[30]對(duì)NBA中的投籃選擇(2分球與3分球)與對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究,分析了不同場(chǎng)景下的投籃選擇對(duì)比賽結(jié)果的影響；文獻(xiàn)[31]提出了通過(guò)防守矩陣(defensive metrics)分析并量化球員防守有效性的方法；文獻(xiàn)[32]對(duì)球員在投籃結(jié)束后的沖搶前場(chǎng)籃板與退位防守的選擇性問(wèn)題進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明退位防守能夠提高防守成功率,但減少了搶下前場(chǎng)籃板球的數(shù)量，文中還針對(duì)不同球隊(duì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,并提出相應(yīng)的改進(jìn)策略.

本文與已有研究工作不同的是,本文發(fā)現(xiàn)常規(guī)的籃球比賽統(tǒng)計(jì)中缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),更缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、價(jià)值挖掘及應(yīng)用等方面的研究.本文將球員之間的傳球關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)(將傳球人與接球人作為頂點(diǎn),頂點(diǎn)之間的傳球關(guān)系作為邊),發(fā)現(xiàn)隨著傳球數(shù)據(jù)量的不斷增加,最終形成一張穩(wěn)定的傳球網(wǎng)絡(luò)圖.并且,本文將GraphX應(yīng)用于NBA傳球數(shù)據(jù)的分析,通過(guò)建立球員之間的傳球網(wǎng)絡(luò),充分挖掘傳球數(shù)據(jù)的內(nèi)涵,為球員的訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)制定、對(duì)手分析、教練決策、游戲體驗(yàn)改進(jìn)等應(yīng)用提供支撐.

2 傳球網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建

2.1 圖的構(gòu)建總體流程

傳球網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建及應(yīng)用框架流程圖如圖2所示,主要分為6個(gè)步驟:

1) 原始數(shù)據(jù)獲取.球隊(duì)及球員的傳球數(shù)據(jù)一般可通過(guò)NBA官方網(wǎng)站或通過(guò)具體場(chǎng)次的錄像分析提取數(shù)據(jù).

2) 數(shù)據(jù)清洗及格式轉(zhuǎn)化.通過(guò)程序抓取而來(lái)的原始數(shù)據(jù)一般為XML或JSON格式,需通過(guò)數(shù)據(jù)清洗及格式轉(zhuǎn)化,以滿足網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建對(duì)數(shù)據(jù)格式的要求.

3) 定義并構(gòu)建Vertex表及Edge表.首先需根據(jù)后期應(yīng)用的需求確定Vertex表及Edge表中的屬性,并通過(guò)步驟1與步驟2確定對(duì)應(yīng)屬性數(shù)據(jù)是否可獲得或者是否可計(jì)算.

4) Vertex及Edge數(shù)據(jù)的持久化.由于Vertex表及Edge表為關(guān)系表,所以可選擇MySQL,Postgre-SQL,ORACLE等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)頂點(diǎn)及邊的數(shù)據(jù).

5) 傳球網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及可視化.在步驟3的基礎(chǔ)上,通過(guò)GraphX構(gòu)建出傳球網(wǎng)絡(luò)圖,通過(guò)提取并計(jì)算圖相關(guān)的數(shù)據(jù)(如傳球次數(shù)、PR值等)并結(jié)合大數(shù)據(jù)可視化技術(shù),可實(shí)現(xiàn)傳球網(wǎng)絡(luò)圖的可視化.

Fig. 2 The construction and application framework of passing network diagram.圖2 傳球網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)建及應(yīng)用框架流程圖

6) 基于傳球網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用:傳球網(wǎng)絡(luò)可輔助教練的決策、戰(zhàn)術(shù)支撐、輔助球員的訓(xùn)練、對(duì)手分析、球員交易分析等.具體的應(yīng)用場(chǎng)景分析請(qǐng)參見(jiàn)第4節(jié).

下文將圍繞上述6個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)介紹,其中2.2節(jié)圍繞步驟1、步驟2的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述; 2.3節(jié)討論定義并構(gòu)建Vertex表及Edge表的問(wèn)題；2.4節(jié)介紹傳球網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法. 步驟4在步驟2、步驟3的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)用SparkSQL及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的API便可完成. 而第3節(jié)闡述傳球網(wǎng)絡(luò)的可視化問(wèn)題;第4節(jié)圍繞傳球網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析.

2.2 傳球數(shù)據(jù)的獲取、清洗及格式轉(zhuǎn)化

籃球比賽中,常規(guī)的技術(shù)統(tǒng)計(jì),如得分、籃板、助攻、搶斷、蓋帽、失誤、犯規(guī)、投籃命中率、出場(chǎng)時(shí)間等,在比賽過(guò)程中會(huì)被技術(shù)臺(tái)工作人員記錄下來(lái).比賽結(jié)束后,球迷可通過(guò)各大體育網(wǎng)站或論壇查詢常規(guī)的技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).但是,對(duì)于傳球相關(guān)的數(shù)據(jù),如Stephen Curry在總決賽的第1場(chǎng)比賽中有多少次傳球、多少次傳給了Klay Thompson、傳球的助攻轉(zhuǎn)化率等并不屬于常規(guī)的技術(shù)統(tǒng)計(jì),加之比賽過(guò)程中傳球數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度較快,很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工的方法進(jìn)行記錄.所以,現(xiàn)階段得到傳球數(shù)據(jù)的最好方法,就是通過(guò)觀看比賽錄像人工地對(duì)傳球數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,但是該方法的弊端就是工作量巨大.

NBA作為世界上頂級(jí)籃球聯(lián)盟,其官方網(wǎng)站*http://www.nba.com于2016年開(kāi)始公開(kāi)包括傳球、防守影響、移動(dòng)速度及距離等非常規(guī)技術(shù)統(tǒng)計(jì).但是,中國(guó)的CBA及國(guó)家籃球隊(duì),對(duì)于傳球數(shù)據(jù)的獲取、統(tǒng)計(jì)分析及圍繞傳球數(shù)據(jù)的戰(zhàn)術(shù)、訓(xùn)練等方面的運(yùn)用還是空白.雖然NBA官方網(wǎng)站提供傳球數(shù)據(jù)的查詢功能,但是并沒(méi)有提供轉(zhuǎn)存功能,通過(guò)手工收集整理數(shù)據(jù)效率太低,本文以金州勇士隊(duì)為例,傳球數(shù)據(jù)獲取流程如圖3所示.

如圖3所示為通過(guò)本文編寫(xiě)的數(shù)據(jù)下載程序從NBA官網(wǎng)獲取金州勇士隊(duì)傳球數(shù)據(jù)的流程.流程步驟如下:

1) 收集金州勇士隊(duì)中每個(gè)隊(duì)員在NBA數(shù)據(jù)庫(kù)中所對(duì)應(yīng)的playerid,如Stephen Curry的playerid=201939,Klay Thompson的playerid=202691.

Fig. 3 Data acquisition process.圖3 數(shù)據(jù)獲取流程

2) 將步驟1中所收集到的playerid形成playerids數(shù)組，該數(shù)組中存放著勇士隊(duì)中所有隊(duì)員的playerid.

3) 通過(guò)調(diào)用CURL API功能,通過(guò)拼接URL*http://stats.nba.com/stats/playerdashptpass,利用HTTP Get方法得到返回的數(shù)據(jù),生成當(dāng)前playerid所對(duì)應(yīng)的JSON文件.CURL的Python調(diào)用如核心代碼1所示:

核心代碼1. CURL Python調(diào)用代碼.

forplayeridinplayerids:

os.system(′curl ″http:stats.nba.comstatsplayerdashptpass?′

′DateFrom=&′

′DateTo=&′

′GameSegment=&′

′LastNGames=0&′

′LeagueID=00&′

′Location=&′

′Month=0&′

′OpponentTeamID=0&′

′Outcome=&′

′PerMode=Totals&′

′Period=0&′

′PlayerID={playerid}&′

′Season=2015-16&′

′SeasonSegment=&′

′SeasonType=Regular+Season&′

′TeamID=0&′

′VsConference=&′

′VsDivision=″>{playerid}.json′.

format(playerid=playerid))

4) 循環(huán)playerids數(shù)組中所有的playerid,重復(fù)調(diào)用步驟3中的Python代碼,直到執(zhí)行完playerids數(shù)組中所有的元素.最終生成如圖3所示的JSON文件集合,每個(gè)JSON文件對(duì)應(yīng)一個(gè)球員的傳球數(shù)據(jù).

特別地指出：在步驟3的代碼中,可修改具體的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同傳球數(shù)據(jù)的獲取,如參數(shù)DateFrom表示獲取傳球數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的比賽開(kāi)始時(shí)間,具體的參數(shù)及解釋如表2所示:

Table 2 Interpretation of Parameters

Continued (Table 2)

JSON(Javascript object notation)作為輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式,可以與XML(extensible markup language)格式相互轉(zhuǎn)化.本文中利用Python代碼將JSON文件中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為pandas DataFrame,并將JSON中感興趣的字段解析出來(lái),并存儲(chǔ)為CSV格式,核心代碼如下:

核心代碼2. JSON數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化代碼.

import pandas aspds

df=pds.DataFrame()

forplayeridinplayerids:

withopen(″{playerid}.json″.format(playerid=playerid)) asjson_file:

parsed=json.load(json_file) [′resultSets′][0]

df=df.append(pd.DataFrame(parsed

[′rowSet′],columns=parsed[′headers′]))

df=df.rename(columns={′PLAYER_ NAME_LAST_FIRST′: ′PLAYER′})

df[df[′PASS_TO′]

.isin(df[′PLAYER′])][[′PLAYER′, ′PASS_TO′,′PASS′]].to_csv(′passes.csv′,index=False)

df[′id′]=df[′PLAYER′].str.replace(′, ′, ′′)

2.3 定義并構(gòu)建Vertex表及Edge表

由于Vertices,Edges,Triplets是GraphX中最重要的3個(gè)概念.其中Vertices類所對(duì)應(yīng)的RDD為VertexRDD,屬性有ID及頂點(diǎn)屬性;Edges類所對(duì)應(yīng)的RDD為EdgeRDD,屬性有源頂點(diǎn)的ID、目標(biāo)頂點(diǎn)的ID及邊屬性;Triplets所對(duì)應(yīng)的RDD類型為EdgeTriplets,而Triplets可通過(guò)所對(duì)應(yīng)的Vertices與Edges經(jīng)過(guò)JOIN操作得到,所以Triplets屬性有:源頂點(diǎn)ID、源頂點(diǎn)屬性、邊屬性、目標(biāo)頂點(diǎn)ID、目標(biāo)頂點(diǎn)屬性.由于GraphX統(tǒng)一了Table View與Graph View,即實(shí)現(xiàn)了Unified Representation,通過(guò)構(gòu)造Vertex及Edge表,并將Vertex Edge表數(shù)據(jù)加載到Spark內(nèi)存中便可構(gòu)造出傳球網(wǎng)絡(luò)圖.

定義1. 傳球網(wǎng)絡(luò)圖. 傳球網(wǎng)絡(luò)圖用G={V,E}表示,其中V={p1,p2,…,pn}表示傳球網(wǎng)絡(luò)中所有球員的集合(設(shè)傳球網(wǎng)絡(luò)中球員的數(shù)量為n);而E={〈pi→pj〉|pi∈V,pj∈V}表示任意頂點(diǎn)(球員)之間傳球關(guān)系的集合,例如pi→pj表示球員pi傳球給pj.

在實(shí)際的傳球網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景中,設(shè)關(guān)系表Vertex(PLAYERID,PLAYERNAME)及Edge(PASSERID,PASSTOID,FREQUENCY,PASSNUM,AST,FGM,FGA,FGP,FGM2,FGA2,FGP2,FGM3,FGA3,FGP3)分布存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)集合V及關(guān)系集合E的數(shù)據(jù).Vertex及Edge表數(shù)據(jù)字典如表3及表4所示.

結(jié)合Spark中對(duì)Vertices類的定義,字段PLAYERID為頂點(diǎn)ID,字段PLAYERNAME為頂點(diǎn)屬性.

結(jié)合Spark中對(duì)Edges類的定義,字段PASSERID為源頂點(diǎn)ID,字段PASSTOID為目標(biāo)頂點(diǎn)ID,字段FREQUENCY,PASSNUM,AST,FGM,FGA,FGP,FGM2,FGA2,FGP2,FGM3,FGA3,FGP3都為邊屬性.特別地,在Edge表中,對(duì)于任意的PASSERID都需滿足約束(設(shè)Edge表中的FREQUENCY字段為變量Frequency，并設(shè)任意球員的傳球隊(duì)員數(shù)為i，其中i∈[1,n]):

Table 3 Data Dictionary of Table Vertex

Table 4 Table Edge’s Data Dictionary

(1)

并且,對(duì)于給定的〈PASSERID,PASSTOID〉,Frequency的計(jì)算公式為(設(shè)Edge表中PASSERID與PASSTOID字段為變量passerid與passtoid):

Frequency〈passerid,passtoid〉=

(2)

式(2)能計(jì)算出任意2個(gè)球員之間的傳球概率.設(shè)Edge表中FGM,FGA,FGP字段分別為變量fgm,fga,fgp,那么對(duì)于給定的〈PASSERID,PASSTOID〉,fgp可計(jì)算為

(3)

同樣,對(duì)于給定的〈PASSERID,PASSTOID〉,字段FGP2及FGP3的值可由計(jì)算為

(4)

(5)

在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中,變量Frequency,fgp,fgp2,fgp3是教練制定即時(shí)戰(zhàn)術(shù)最重要的數(shù)據(jù)支撐.

2.4 傳球網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

本節(jié)以2015—2016賽季的總冠軍騎士隊(duì)為例,構(gòu)建其82場(chǎng)常規(guī)賽期間所有場(chǎng)次的傳球網(wǎng)絡(luò)圖.首先,通過(guò)2.2節(jié)中的數(shù)據(jù)獲取及清洗獲得傳球網(wǎng)絡(luò)圖的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)如表5所示:

Table 5 The Cavaliers Passing Network Diagram’s Vertex Data

Continued (Table 5)

以2015—2016賽季NBA總決賽MVP LeBron James為例.通過(guò)解析2.2節(jié)中獲得的JSON數(shù)據(jù),通過(guò)如下數(shù)據(jù)清洗及格式轉(zhuǎn)化程序(Scala代碼,如核心代碼3所示),得到符合2.2節(jié)中對(duì)邊Edge表結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)如表6所示.

核心代碼3. 數(shù)據(jù)清洗及格式轉(zhuǎn)化.

objectWebPageDataTransfer{

defmain(args:Array[String]):Unit={

vallines=Source.fromFile(″Cavaliers_data

James_LeBron.cvs″).

getLines().toList

varedges=lines.map {

line=>valfields=line.split(″ ″)

(″James_LeBron″,fields(0).toString,fields(2).toString,fields(3).toLong,fields(4).toLong,fields(5).toLong,fields(6).toLong,fields(7).toFloat,fields(8).toLong,fields(9).toLong,fields(10).toFloat,fields(11).toLong,fields(12).toLong,fields(13).toFloat)}

valpw=new PrintWriter(new File (″Cavaliers_dataout_dataJames_ LeBron.cvs″))

for (i<-edges) {

pw.write(i.toString()+″ ″)

}

pw.close()

}

}

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化程序?qū)⒃紨?shù)據(jù)從目錄Cavaliers_data讀入數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理完畢后將數(shù)據(jù)寫(xiě)入out_data目錄中.

Table 6 LeBron James Regular Season’s Passing Network Edge Data

Notes: srcId,dstId and attr field are corresponding to the Edges class source vertex ID,target vertex ID and edge attribute. The attr can be further divided into: FREQUENCY,PASSNUM,AST,FGM,FGA,FGP,FGM2,FGA2,FGP2, FGM3,FGA3,FGP3.

表6只是LeBron James單個(gè)球員的數(shù)據(jù),當(dāng)將騎士隊(duì)所有隊(duì)員的傳球數(shù)據(jù)累加便形成整個(gè)球隊(duì)82場(chǎng)常規(guī)賽所有的傳球數(shù)據(jù).構(gòu)建騎士隊(duì)常規(guī)賽騎士對(duì)傳球網(wǎng)絡(luò)的Spark GraphX如核心代碼4所示:

核心代碼4. 騎士隊(duì)常規(guī)賽傳球網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建.

① package Cavaliers.pass.anlaysis.datamaker

② import org.apache.spark._import org.apache.spark.graphx._import org.apache.spark.rdd.RDD

③ objectCavalierPassNetWork{

④ defmain(args: Array[String]): Unit={

⑤ valconf=newSparkConf().setAppName(″CavalierPassNetWork″).setMaster(″local[4]″)

⑥ valpasses:RDD[String]=sc.textFile(″Cavaliersedgs.cvs″)

⑦ valplayer:RDD[String]=sc.textFile(″Cavaliersvertex.cvs″)

⑧ valvertices:RDD[(VertexId,String)]=player.map{

line=>valfields=line.split(″ ″)

(fields(0).toLong,fields(1))

}

⑨ valedges:RDD[Edge[(String,Long, Long)]]=passes.map{

line=>valfields=line.split(″ ″)

Edge(fields(0).toLong,fields(1).toLong,(fields(2).toString(),fields(3).toLong,fields(4).toLong))

}

⑩ valgraph=Graph(vertices,edges)

在如上傳球網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建代碼中,行⑥⑦代碼分別將頂點(diǎn)與邊的數(shù)據(jù)從cvs文件中讀取到內(nèi)存,行⑧從player常量構(gòu)建圖頂點(diǎn),行⑨在行⑥常量pass的基礎(chǔ)上構(gòu)建傳球網(wǎng)絡(luò)的邊,邊的屬性可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行自定義.行⑩在常量vertices及edges的基礎(chǔ)上,通過(guò)調(diào)用Graph類的構(gòu)造函數(shù),構(gòu)造出傳球網(wǎng)絡(luò)graph,為傳球網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用打下基礎(chǔ).

3 傳球網(wǎng)絡(luò)的可視化研究

3.1 傳球網(wǎng)絡(luò)與社交網(wǎng)絡(luò)可視化的不同

大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將枯燥的海量數(shù)據(jù)通過(guò)圖表的形式展示出來(lái),能夠更加直觀地向用戶展示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,從而減少用戶挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵所耗費(fèi)的時(shí)間.對(duì)于具有海量節(jié)點(diǎn)和邊的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò),如何在有限的屏幕空間中進(jìn)行可視化,是大數(shù)據(jù)時(shí)代的可視化技術(shù)面臨的難點(diǎn)和重點(diǎn)[33].Herman等人[34]對(duì)圖的可視化基本方法和技術(shù)進(jìn)行了綜述,雖然針對(duì)圖的可視化研究人員提出了不少的新方法與技術(shù)(如樹(shù)圖技術(shù)Treemaps[35]、Voronoi圖填充[36]、綜合性的TreeNetViz[37]等),但是經(jīng)典的基于節(jié)點(diǎn)和邊的可視化方法依然是圖可視化的主要形式.

傳球網(wǎng)絡(luò)的可視化與社交網(wǎng)絡(luò)圖的可視化非常類似,其中社交網(wǎng)絡(luò)圖可通過(guò)NodeXL等工具進(jìn)行可視化.但是,本文在嘗試?yán)肗odeXL繪制傳球網(wǎng)絡(luò)圖時(shí),發(fā)現(xiàn)NodeXL等社交網(wǎng)絡(luò)的可視化工具并不適合傳球網(wǎng)絡(luò)的可視化.因?yàn)閭髑蚓W(wǎng)絡(luò)相比社交網(wǎng)絡(luò)單純的好友關(guān)系,需要表達(dá)出4項(xiàng)更多的個(gè)性化信息:

1) 傳球網(wǎng)絡(luò)圖中球員重要性的區(qū)分.因?yàn)椴煌那騿T在傳球網(wǎng)絡(luò)中的地位與影響力有所不同(如常規(guī)賽MVP Stephen Curry在傳球網(wǎng)絡(luò)中的重要度肯定比其他角色球員高).本文通過(guò)設(shè)定不同頂點(diǎn)的半徑,以此區(qū)分不同球員在傳球網(wǎng)絡(luò)中的重要性,所以,需要探索計(jì)算球員重要性的方法.

2) 傳球網(wǎng)絡(luò)中球員角色(位置)的區(qū)分.NBA中場(chǎng)上5名隊(duì)員角色有控球后衛(wèi)(point guard)、得分后衛(wèi)(shooting guard)、小前鋒(small forward)、大前鋒(power forward)及中鋒(center),不同的位置擔(dān)任的場(chǎng)上任務(wù)、跑位、戰(zhàn)術(shù)、傳球方法等等存在著很大的差異,所以傳球網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)區(qū)分不同球員的位置.本文中將球員的角色用不同顏色的頂點(diǎn)表示,解決不同球員之間的角色區(qū)分問(wèn)題.

3) 任意2個(gè)球員之間傳球次數(shù)(頻率)的區(qū)分.球員之間的傳球次數(shù)屬于邊的屬性信息,為了表達(dá)任意2個(gè)球員之間的傳球次數(shù),可采用具體數(shù)字標(biāo)注的形式,即在邊上顯示具體的傳球數(shù)據(jù).但是,實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)由于邊的數(shù)量龐大,采用數(shù)字標(biāo)注的方法導(dǎo)致傳球網(wǎng)絡(luò)圖過(guò)于雜亂.因此,本文中將傳球次數(shù)(或頻率)信息通過(guò)邊的粗細(xì)來(lái)表達(dá),即2個(gè)球員之間的傳球次數(shù)越多,他們之間的邊越粗;反之,他們之間的傳球次數(shù)越少,邊越細(xì).

4) 傳球網(wǎng)絡(luò)圖的用戶交互能力.傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)大多通過(guò)靜態(tài)的圖片進(jìn)行數(shù)據(jù)展示,不具備動(dòng)態(tài)的交互能力.本文生成的傳球網(wǎng)絡(luò)圖由于底層采用JavaScript腳本,通過(guò)瀏覽器展示傳球網(wǎng)絡(luò)圖的同時(shí)提供動(dòng)態(tài)的用戶事件響應(yīng)機(jī)制,用戶可利用鼠標(biāo)操作關(guān)注某一特定球員的傳球情況.

3.2 傳球網(wǎng)絡(luò)可視化的輸入數(shù)據(jù)

綜合3.1節(jié)中的4點(diǎn)個(gè)性化需求,本節(jié)從超過(guò)10種(如iCharts,Fusion Charts Suit,Modest Maps,Chartkick,Bonsai,Google Charts,Gephi,Protvis等)可視化工具(框架)中,挑選出networkD3(R語(yǔ)言中基于JavaScript的數(shù)據(jù)可視化工具)框架中的forceNetwork作為傳球網(wǎng)絡(luò)的可視化工具.利用networkD3繪制forceNetwork傳球網(wǎng)絡(luò)圖需要準(zhǔn)備的輸入數(shù)據(jù)有2類:

1) 頂點(diǎn)數(shù)據(jù).頂點(diǎn)數(shù)據(jù)包括頂點(diǎn)名稱、頂點(diǎn)ID、頂點(diǎn)分類信息(區(qū)分球員位置)、頂點(diǎn)大小(區(qū)分球員重要性).頂點(diǎn)數(shù)據(jù)中,頂點(diǎn)名稱為球員姓名PLAYERNAME字段,頂點(diǎn)ID為PLAYERID字段.

2) 邊數(shù)據(jù).邊數(shù)據(jù)包括源節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)、邊屬性.其中,源節(jié)點(diǎn)與Edge表中的PASSERID字段對(duì)應(yīng)；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與Edge表中的PASSTOID字段對(duì)應(yīng)；邊屬性可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景或用戶需求的不同進(jìn)行自定義.例如，如果用戶關(guān)注球員之間的傳球次數(shù),則邊屬性為Edge表中PASSNUM字段;如果用戶關(guān)注2個(gè)球員之間的傳球助攻轉(zhuǎn)化情況,則邊屬性為Edge表中的AST字段.

球員分類數(shù)據(jù)需要人工標(biāo)注,由于某些球員可打2個(gè)以上的位置(如Tristan Thompson可打中鋒與大前鋒2個(gè)角色),所以實(shí)踐中并不是嚴(yán)格按照控球后衛(wèi)、得分后衛(wèi)、小前鋒、大前鋒、中鋒的角色進(jìn)行劃定,而是定義出5種新的角色分類:Guard,Forward,Center,Forward-Guard,Forward-Center.同樣以騎士隊(duì)為例,球員位置分類及顏色信息如表7所示:

Table 7 The Cavaliers Player’s Position Classification Table

3.3 球員在傳球網(wǎng)絡(luò)中的重要度計(jì)算

計(jì)算球員重要度(即傳球網(wǎng)絡(luò)中頂點(diǎn)半徑大小)本質(zhì)上與計(jì)算網(wǎng)頁(yè)重要度算法PageRank思想非常類似,都是將圖中節(jié)點(diǎn)的重要性映射為一個(gè)具體的數(shù)字.所以借鑒Google的PageRank算法,本文提出計(jì)算球員在傳球網(wǎng)絡(luò)中重要程度的算法PlayerRank,其計(jì)算為

(6)

由于GraphX中提供了PageRank的實(shí)現(xiàn),在2.4節(jié)中傳球網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的基礎(chǔ)上,通過(guò)調(diào)用PageRank API能夠快速地對(duì)球員重要度進(jìn)行計(jì)算.但是,PageRank算法的輸入?yún)?shù)并不支持計(jì)算邊的屬性(如傳球次數(shù)、頻率等),所以需要將2.4節(jié)中的傳球網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行變換,才能進(jìn)行球員重要度的計(jì)算.如圖4為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化示例.

如圖4所示,將選出Edge Table中的一條記錄作為示例,示例中passerid=2544,passtoid=202618,passnum=721,這行記錄表示LeBron James在常規(guī)賽期間總共給Kyrie Irving傳球721次.轉(zhuǎn)化為只有字段PASSERID與PASSTOID的臨時(shí)表,并且passerid值為2544,passtoid值為202618,并將行重復(fù)721次.數(shù)據(jù)變換程序的Scala核心代碼如下:

Fig. 4 Input data transformation for PR computing.圖4 PR計(jì)算輸入數(shù)據(jù)變換示例

核心代碼5. PageRank算法數(shù)據(jù)變換程序.

① objectScalaGenPassFile{

② defmain(args:Array[String]):Unit={

③ vallines=Source.fromFile(″passes. csv″).getLines().toList

④ varedges=lines.map{line=> valfields=line.split(″ ″) (fields(0).toLong,fields(1).toLong,fields(2).toLong)}

⑤ varjavalist=new JavaList[String]()

⑥ for (i<-edges)

⑦ for (j<-0 toi._3.toLong.toInt-1)

⑧javalist.add((i._1.toLong,i._2.toLong).toString())

⑨ valpw=new PrintWriter(new File (″PRdataRPInputdata.cvs″))

⑩ for (i<-javalist.toArray())

核心代碼6. 球員重要度計(jì)算.

① objectCavalierPR{

② defmain(args:Array[String]):Unit={

③ valconf=newSparkConf().setAppName(″CavalierPR″).setMaster(″local[4]″)

④ valsc=newSparkContext(conf)

⑤ valpass_file:RDD[String]=sc.textFile(″PRdataRPInputdata.cvs″)

⑥ valplayer_file:RDD[String]=sc.textFile(″PRdataCavalier_ players.cvs″)

⑦ valvertices:RDD[(VertexId,String)] =player_file.map{line=>valfields=line.split(″ ″) (fields(0).toLong,fields(1))}

⑧ valedges:RDD[Edge[Long]]=pass_file.map{line=> valfields=line.split(″ ″) Edge(fields(0).toLong,fields(1).toLong)}

⑨ valgraph=Graph(vertices,edges)

⑩ valcavalier_PR_value=graph.pageRank(0.01,0.15).vertices

Table 8 The Cavaliers Player’s PlayerRank Computing Result

從騎士隊(duì)球員重要度計(jì)算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn),PlayerRank值超過(guò)1的一共有5名球員,而這5名球員在常規(guī)賽期間通常出任首發(fā)球員.其中,LeBron James的PlayerRank值達(dá)到了驚人的2.55;而首發(fā)控球后衛(wèi)Matthew Dellavedova其PlayerRank值也達(dá)到了1.99;而Kyrie Irving與Kevin Love的PlayerRank值都在1.77左右.雖然Tristan Thompson也經(jīng)常擔(dān)任先發(fā)球員,但是由于他的位置為中鋒,傳接球的機(jī)會(huì)較少,導(dǎo)致其PlayerRank較低.PlayerRank值除了能夠評(píng)估一個(gè)球員在傳球網(wǎng)絡(luò)中的重要程度外,另外一個(gè)重要作用就是可以得出一個(gè)球隊(duì)球員之間的球權(quán)分配情況.

3.4 ForceNetwork可視化傳球網(wǎng)絡(luò)

NetworkD3是R語(yǔ)言下的一個(gè)繪圖工具包,使用前必須安裝NetworkD3包,然后通過(guò)library(networkD3)導(dǎo)入到程序中.R語(yǔ)言繪制騎士隊(duì)傳球網(wǎng)絡(luò)圖核心代碼如下:

核心代碼7. R語(yǔ)言繪制傳球網(wǎng)絡(luò).

① library(networkD3)

②passes<-read.csv(″RPInputdata.cvs″)

③groups<-read.csv(″groupsR.csv″)

④size<-read.csv(″cavalier_PR_value.cvs″)

⑤passes$source<-as.numeric(as.factor(passes$PASSERID))-1

⑥passes$target<-as.numeric(as.factor(passes$PASSTOID))-1

⑦passes$PASSNUM<-passes$PASSNUM50

⑧groups$nodeid<-groups$PlayerName

⑨groups$name<-as.numeric(as.factor(groups$PlayerName))-1

⑩groups$group<-as.numeric(as.factor(groups$label))-1

Fig. 5 Cavaliers regular season passing network diagram.圖5 騎士隊(duì)常規(guī)賽傳球網(wǎng)絡(luò)圖

騎士隊(duì)傳球網(wǎng)絡(luò)圖中頂點(diǎn)的數(shù)量為17,邊的數(shù)量為216.圖5中不同位置的球員顏色不同,并且球員的PlayerRank值越大,頂點(diǎn)越大,任意2個(gè)球員之間的傳球數(shù)越多,連接他們之間的邊越粗.通過(guò)圖5不難發(fā)現(xiàn),首發(fā)球員的PlayerRank值高,并且他們之間的傳球數(shù)多.通過(guò)顏色可以發(fā)現(xiàn)LeBron James與Kevin Love顏色相同,位置都為前鋒(forward);而在Kyrie Irving與Matthew Dellavedova都為后衛(wèi)(guard);如果將總決賽期間的傳球網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)賽進(jìn)行對(duì)比,就會(huì)發(fā)現(xiàn)由于LeBron James與Kevin Love及Kyrie Irving與Matthew Dellavedova位置的重疊,同一位置PlayerRank值接近的2個(gè)球員很難在比賽中都發(fā)揮出色.

在2015—2016賽季創(chuàng)造了NBA常規(guī)賽歷史最佳戰(zhàn)績(jī)(73勝9負(fù))、NBA開(kāi)局最長(zhǎng)連勝紀(jì)錄(24連勝)以及NBA主場(chǎng)最長(zhǎng)連勝紀(jì)錄(54連勝)的金州勇士隊(duì),其常規(guī)賽傳球網(wǎng)絡(luò)圖如圖6所示：

Fig. 6 Warriors regular season passing network diagram.圖6 勇士隊(duì)常規(guī)賽傳球網(wǎng)絡(luò)圖

4 傳球網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景及分析

通過(guò)GraphX構(gòu)建傳球網(wǎng)絡(luò),能夠利用GraphX提供的API分析傳球網(wǎng)絡(luò)中頂點(diǎn)及頂點(diǎn)屬性、邊及邊的屬性信息,并提供了深入挖掘傳球數(shù)據(jù)內(nèi)涵的接口.傳球網(wǎng)絡(luò)圖實(shí)質(zhì)上是一個(gè)球隊(duì)傳球數(shù)據(jù)的畫(huà)像,可幫助球員、教練、球隊(duì)、球迷各種不同角色的人從不同的層面去挖掘傳球數(shù)據(jù),并以此給他們帶來(lái)幫助.傳球網(wǎng)絡(luò)從不同角色、不同方面的應(yīng)用場(chǎng)景很多,本文無(wú)法窮舉.

4.1 NBA傳球數(shù)據(jù)對(duì)比賽結(jié)果的影響分析

通過(guò)數(shù)據(jù)獲取、清洗及統(tǒng)計(jì)整理后,對(duì)2013—2014,2014—2015,2015—2016賽季常規(guī)賽期間的傳球數(shù)據(jù)進(jìn)行了總體統(tǒng)計(jì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表9所示.以2015—2016賽季為例,NBA中30支隊(duì)伍在2015—2016賽季總共進(jìn)行了1 228場(chǎng)比賽,比賽總時(shí)間為593 840 min.而在這1 228場(chǎng)比賽中,總共產(chǎn)生了747 761次傳球,平均每場(chǎng)每隊(duì)的傳球數(shù)為304.46. 而這些傳球產(chǎn)生的助攻總數(shù)為54 728,即NBA比賽平均傳球13.663次才能產(chǎn)生1次助攻.

觀察表9中數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)3個(gè)賽季中場(chǎng)均傳球次數(shù)在不斷地增加,從2013—2014賽季的場(chǎng)均299.98次,增長(zhǎng)到2014—2015賽季的301.36次,以及到2015—2016賽季的304.46次.場(chǎng)均傳球次數(shù)的增長(zhǎng)原因是因?yàn)槁?lián)盟中不少球隊(duì)受到金州勇士隊(duì)“小球”戰(zhàn)術(shù)(籃球術(shù)語(yǔ)中“小球”又稱“跑轟”,就是主要以突破和外線為主的打法)的影響,從而改變了這些球隊(duì)的比賽風(fēng)格和戰(zhàn)術(shù)選擇.而“小球”戰(zhàn)術(shù)弱化了傳統(tǒng)中鋒的作用,比賽節(jié)奏快,相同時(shí)間內(nèi)的進(jìn)攻回合數(shù)更多,所以導(dǎo)致場(chǎng)均傳球次數(shù)增加.

表10將2015—2016賽季30支球隊(duì)的場(chǎng)均傳球數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總,包括場(chǎng)均傳球數(shù)、場(chǎng)均助攻數(shù)、傳球助攻比(產(chǎn)生1次助攻需要的傳球數(shù)量)、傳球助攻率(1次傳球轉(zhuǎn)化為助攻的概率)以及球隊(duì)在2015—2016賽季的勝率(賽季總場(chǎng)次除以勝利場(chǎng)次).通過(guò)表10數(shù)據(jù)可統(tǒng)計(jì)出聯(lián)盟30支球隊(duì)的場(chǎng)均助攻數(shù)為22.277,傳球助攻率平均為7.347%.其中場(chǎng)均傳球數(shù)最多的為Utah Jazz隊(duì),達(dá)到了場(chǎng)均354.8次;而最少的為Oklahoma City Thunder隊(duì),場(chǎng)均傳球數(shù)量?jī)H為264次,比場(chǎng)均最多的Utah Jazz少了90.8次之多.場(chǎng)均助攻數(shù)方面Golden State Warriors達(dá)到聯(lián)盟最高的28.9次,比墊底的Los Angeles Lakers的18次多出整整10.9次.Golden State Warriors以高達(dá)8.945%的傳球助攻率領(lǐng)跑全聯(lián)盟,而Utah Jazz的傳球助攻率僅為5.355%.本文將球隊(duì)的勝率與傳球數(shù)據(jù)(包括場(chǎng)均傳球數(shù)、場(chǎng)均助攻數(shù)、傳球助攻率)進(jìn)行對(duì)比分析,其對(duì)比結(jié)果如圖7所示：

Table 9 NBA Three Season’s Overall Statistical Results for Passing Data

Table 10 Per Game Passing Data Summary for All Team in Season 2015—2016

Fig. 7 The relationship between the passing data and winning rate.圖7 球隊(duì)勝率與傳球數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

Fig. 8 Analysis of the impact of passing data on the outcome of the game (Win or Loss) in 2015—2016 session.圖8 2015—2016賽季傳球數(shù)據(jù)對(duì)比賽結(jié)果(贏或輸)的影響分析

圖7(a)表示場(chǎng)均傳球次數(shù)與勝率之間的關(guān)系;圖7(b)表示傳球助攻率與勝率之間的關(guān)系;圖7(c)表示場(chǎng)均助攻數(shù)與勝率之間的關(guān)系.從圖7(a)中不難看出場(chǎng)均傳球次數(shù)與勝率之間并無(wú)直接關(guān)系(或相關(guān)性很小);而圖7(b)則能看出總體上傳球助攻率越高,球隊(duì)?wèi)?zhàn)績(jī)?cè)胶?而從圖7(c)中能看出場(chǎng)均助攻數(shù)與球隊(duì)勝率之間的較強(qiáng)相關(guān)性,場(chǎng)均助攻數(shù)越高的球隊(duì)勝率越高,場(chǎng)均助攻數(shù)與勝率呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān).從圖7中的對(duì)比可以得出結(jié)論:球隊(duì)?wèi)?zhàn)績(jī)(或勝率)與傳球的數(shù)量并無(wú)直接關(guān)系,但是與傳球質(zhì)量(傳球助攻轉(zhuǎn)化率與場(chǎng)均助攻數(shù)越高,傳球質(zhì)量越高)相關(guān)性較大.常規(guī)賽創(chuàng)造了NBA常規(guī)賽歷史最佳戰(zhàn)績(jī)(73勝9負(fù))的金州勇士隊(duì),其傳球助攻轉(zhuǎn)化率及場(chǎng)均助攻數(shù)均為聯(lián)盟第一.以上數(shù)據(jù)及結(jié)論可以輔助球隊(duì)及教練,1)可以從數(shù)據(jù)中找出球隊(duì)傳球方面存在的問(wèn)題(無(wú)論是傳球數(shù)量,或是傳球質(zhì)量);2)可以輔助制定提高傳球質(zhì)量的戰(zhàn)術(shù)或具體的訓(xùn)練項(xiàng)目.

為了分析傳球數(shù)據(jù)對(duì)比賽結(jié)果(贏球或輸球)的影響,本文將30支隊(duì)伍的贏球(總計(jì)1 228場(chǎng)贏球記錄)與輸球(總計(jì)1 228場(chǎng)輸球記錄)條件下的場(chǎng)均傳球數(shù)、場(chǎng)均助攻數(shù)及傳球助攻轉(zhuǎn)化率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),其結(jié)果如圖8所示.其中圖8(a)為贏球與輸球條件下的場(chǎng)均傳球數(shù)對(duì)比,雖然總體上贏球條件下的場(chǎng)均傳球數(shù)(304.66)略大于輸球條件下的場(chǎng)均傳球數(shù)(304.3),但是觀察圖8(a)可以發(fā)現(xiàn)場(chǎng)均傳球數(shù)并不直接影響比賽結(jié)果.圖8(b)為贏球與輸球條件下的場(chǎng)均助攻數(shù)的對(duì)比,觀察圖8(b)不難發(fā)現(xiàn)30支球隊(duì)贏球時(shí)的場(chǎng)均助攻數(shù)都大于輸球時(shí)的場(chǎng)均助攻數(shù);實(shí)際上,2015—2016賽季30支球隊(duì)的1228場(chǎng)贏球記錄的平均場(chǎng)均助攻數(shù)為23.65,而輸球的平均場(chǎng)均助攻數(shù)為20.82.圖8(c)為贏球與輸球條件下的傳球助攻轉(zhuǎn)化率的對(duì)比,不難發(fā)現(xiàn)29支隊(duì)伍贏球條件下的傳球助攻轉(zhuǎn)化率都比輸球時(shí)候高(其中只有Dallas Mavericks隊(duì)贏球與輸球條件下的傳球轉(zhuǎn)化率基本持平);實(shí)際上所有贏球時(shí)的平均傳球助攻轉(zhuǎn)化率為7.799%,而輸球時(shí)的平均助攻轉(zhuǎn)化率為6.876%.結(jié)合圖8(a)(b)(c)可以得出結(jié)論:場(chǎng)均傳球數(shù)本身不對(duì)比賽結(jié)果產(chǎn)生影響,而傳球質(zhì)量(如場(chǎng)均助攻數(shù)、傳球助攻轉(zhuǎn)化率)會(huì)對(duì)比賽結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響,同時(shí)這個(gè)結(jié)論與圖7中得出的結(jié)論相吻合.

4.2 球隊(duì)傳球網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

4.2.1 基于傳球網(wǎng)絡(luò)的整體傳球數(shù)據(jù)分析

以2015—2016賽季總冠軍球隊(duì)騎士隊(duì)常規(guī)賽數(shù)據(jù)為例,在構(gòu)建表Vertex及Edge并構(gòu)建傳球網(wǎng)絡(luò)(如圖5所示)的基礎(chǔ)上,可通過(guò)Vertex及Edge的JOIN操作導(dǎo)出傳球表及接球表的數(shù)據(jù)(過(guò)濾掉傳球或接球數(shù)小于100的球員).為了實(shí)現(xiàn)對(duì)球隊(duì)整體傳球數(shù)據(jù)的分析,為將來(lái)的戰(zhàn)術(shù)制定打下基礎(chǔ),其中表11為球隊(duì)傳球數(shù)據(jù)表,表12為接球數(shù)據(jù)表.

Table 11 Passing Data Summary for Cavalier in Regular Season 2015—2016

圖9對(duì)整個(gè)2015—2016賽季騎士隊(duì)核心球員(傳球或接球次數(shù)大于100)的傳接球數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比.其中圖9(a)(b)關(guān)注球員的傳球與接球量(PASSNUM與Received Number),包括傳接球的總數(shù)及在全隊(duì)傳接球中所占的比例(FREQUENCY).從圖9(a)中可以看出,在騎士隊(duì)中傳球最多的前5位球員為:James,Love,Dellavedova,Irving,Thompson;而接球數(shù)最多的前5位球員為:James,Dellavedova,Irving,Love,Smith.而圖9(c)(d)關(guān)注球員傳球與接球的質(zhì)量,指標(biāo)包括傳球與接球產(chǎn)生助攻的概率(Pass_AST_Probability與Receive_AST_Probalility)、總體命中率(FGP)、2分球命中率(FGP2)及3分球命中率(FGP3).圖9(c)反映的是球員傳球的質(zhì)量,其中最重要的指標(biāo)為助攻轉(zhuǎn)化率,其中James,McRae,Dellavedova,Irving,Shumpert的傳球助攻轉(zhuǎn)化率較高,其中James達(dá)到了驚人的13.45%,很好地解釋了James持球率高的原因.圖9(d)反映的是球員接到傳球后轉(zhuǎn)化為得分的能力,其中Mozgov,Thompson,Frye,Smith,Jefferson的接球助攻轉(zhuǎn)化率較高;而投籃命中率可以輔助教練制定戰(zhàn)術(shù),并幫助球員做場(chǎng)上的傳球決策.

Table 12 Passing Data Summary for Cavalier in Regular Season 2015—2016

Fig. 9 Comparison of players passing and receiving data in 2015—2016 regular season of Cavaliers.圖9 2015—2016賽季常規(guī)賽騎士隊(duì)球員傳球及接球數(shù)據(jù)對(duì)比

4.2.2 基于傳球網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)術(shù)人員選擇

籃球進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)中無(wú)論是的擋拆戰(zhàn)術(shù)、傳切配合還是三角進(jìn)攻,都是建立在有效的移動(dòng)與傳球基礎(chǔ)上.那么,教練在制定戰(zhàn)術(shù)過(guò)程中就需要通過(guò)球員角色、移動(dòng)數(shù)據(jù)、傳球數(shù)據(jù)及投籃命中率等數(shù)據(jù)綜合考量并選擇戰(zhàn)術(shù)的執(zhí)行者.由于通過(guò)3.4節(jié)中構(gòu)建的傳球網(wǎng)絡(luò)(如圖5,6所示)中包含了球員角色、任意2個(gè)球員之間的傳球數(shù)量及質(zhì)量相關(guān)的數(shù)據(jù)、投籃命中率等數(shù)據(jù),可以很好地協(xié)助教練基于數(shù)據(jù)選擇合適的戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行者.

例如挑選傳切配合執(zhí)行者時(shí),教練可首先基于傳球網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳球數(shù)據(jù)的篩選,選擇條件為:配合熟練度高(相互傳球數(shù)較多)、傳球質(zhì)量高(助攻數(shù)較多),并且戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行成功率可能性高(投籃命中率高)的球員對(duì).以騎士隊(duì)為例,在圖9(c)的基礎(chǔ)上,教練能夠通過(guò)數(shù)據(jù)挑選出傳球質(zhì)量高的前6為球員:James,McRae,Dellavedova,Irving,Shumpert,Smith作為傳切配合的傳球人.而通過(guò)圖9(d)教練能夠挑選出助攻轉(zhuǎn)化率高且投籃命中率高的球員,如果關(guān)注進(jìn)攻成功率,應(yīng)當(dāng)以投籃命中率為球員選擇標(biāo)準(zhǔn),可以挑選出球員:Thompson,Mozgov,James,Jefferson,Irving;但是由于傳切有球員角色限制,而Thompson,Mozgov都為中鋒,所以去掉他們;最終得到適合切入的球員有:James,Jefferson,Irving.在傳球人名單及切入人名單確定后,教練再根據(jù)每個(gè)球員的特點(diǎn),將球員劃分為組,分別進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練;最后采集訓(xùn)練過(guò)程中戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行的成功率數(shù)據(jù),最終確定戰(zhàn)術(shù)的執(zhí)行球員.

4.2.3 基于傳球網(wǎng)絡(luò)的臨場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)制定

籃球比賽在暫停結(jié)束后、一節(jié)比賽只剩一次進(jìn)攻時(shí)間、甚至比賽時(shí)間所剩無(wú)幾卻落后時(shí),教練需要重新布置一次進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù).特別是最后一次投籃決定比賽勝負(fù)時(shí),教練的戰(zhàn)術(shù)制定就顯得尤為重要.無(wú)論戰(zhàn)術(shù)選擇投籃為2分球還是3分球,都可結(jié)合圖9(c)選擇合適的傳球人，并通過(guò)圖9(d)選擇接球并執(zhí)行投籃的人.當(dāng)然,教練的人員選擇需要與當(dāng)場(chǎng)比賽球員的狀態(tài)進(jìn)行結(jié)合.實(shí)際上,當(dāng)前的NBA教練選擇執(zhí)行絕殺的球員往往只是根據(jù)當(dāng)場(chǎng)球員的狀態(tài)決定,這樣使得對(duì)方教練很容易猜出執(zhí)行絕殺的球員,制定針對(duì)性的防守策略,從而大大減小絕殺成功的可能性.

假設(shè)教練需要制定3分絕殺戰(zhàn)術(shù),結(jié)合歷史傳球數(shù)據(jù),可通過(guò)圖9(d)選出適合執(zhí)行絕殺的球員名單: McRae(60%),Dellavedova(41.6%),Smith(40.3%),Jefferson(38%),Frye(37.7%),Love(36.4%)，其中McRae僅有10次投籃,所以數(shù)據(jù)真實(shí)性較低，而James與Irving分別只有30.5%與32.4%的命中率.所以,根據(jù)歷史數(shù)據(jù),可將James與Irving作為絕殺戰(zhàn)術(shù)中的傳球執(zhí)行人(對(duì)方教練的防守重心在他們身上),將Smith或Dellavedova作為絕殺執(zhí)行者.

如圖10所示為一種基于傳球數(shù)據(jù)的3分絕殺戰(zhàn)術(shù)示例,首先由Thompson邊線發(fā)球給James,Irving沿著跑動(dòng)路線所示從3分頂部跑到底線附近吸引防守壓力,同時(shí)Smith沿著跑動(dòng)路線指示迅速跑動(dòng)到投籃點(diǎn),并借助Love的檔人與防守隊(duì)員拉開(kāi)空間,James傳球給Smith并完成絕殺,絕殺成功率在40%左右.

Fig. 10 The 3 points tactical lore based on passing data analysis.圖10 基于傳球數(shù)據(jù)的3分絕殺戰(zhàn)術(shù)

4.3 傳球網(wǎng)絡(luò)子圖應(yīng)用

GraphX中Structural Operators主要有reverse,subgraph,mask,groupEdges四種函數(shù),其中對(duì)于傳球網(wǎng)絡(luò)分析最有用的操作是subgraph.subgraph可以在傳球網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上抽取出特定條件的子圖,例如可通過(guò)如下代碼抽取出Stephen Curry常規(guī)賽期間的傳球情況:

核心代碼8. 網(wǎng)絡(luò)子圖抽取代碼.

valsubgraph_Curry=graph.subgraph(epred=e=>e.srcId==201939)

如圖11所示為庫(kù)里的子圖抽取結(jié)果,從圖11中可以很直觀地看出庫(kù)里傳球的分布情況.在子圖的基礎(chǔ)上可以針對(duì)子圖及邊的屬性,挖掘特定球員的傳球數(shù)據(jù)內(nèi)涵.通過(guò)查詢子圖的邊屬性并過(guò)濾場(chǎng)均傳球次數(shù)大于1的球員,將得到的數(shù)據(jù)除以Stephen Curry比賽的場(chǎng)次,可以得到Stephen Curry傳球數(shù)據(jù)如表13所示:

Fig. 11 Subgraph extraction results for Stephen Curry.圖11 球員庫(kù)里的子圖抽取結(jié)果

一方面,Stephen Curry本人及教練可根據(jù)表13數(shù)據(jù)改進(jìn)比賽戰(zhàn)術(shù),Stephen Curry有34.8%的球傳給了Green,但是卻只有7.61%的助攻轉(zhuǎn)化率,而傳給Thompson時(shí)的助攻轉(zhuǎn)化率達(dá)到了驚人的19.44%,這就要求Stephen Curry當(dāng)Thompson出現(xiàn)投籃機(jī)會(huì)后,需要多傳球給Thompson；而另一方面,其他球隊(duì)可根據(jù)表13制定防守Stephen Curry的策略,可盡量讓他傳給不在攻擊范圍內(nèi)且命中率較低,或助攻轉(zhuǎn)化率低的球員(如Barbosa,Iguodala,Rush)，尤其要防止傳給Thompson或處在內(nèi)線的Bogut及Ezeli等內(nèi)線球員.

而表14所示為庫(kù)里常規(guī)賽期間的場(chǎng)均接球數(shù)據(jù),結(jié)合表13數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Stephen Curry與Green之間的傳接球(傳球率為34.8%,接球率為41.6%)最為密切.所以,其他球隊(duì)與勇士隊(duì)比賽時(shí),重點(diǎn)需要切斷Stephen Curry與Green之間的配合.并且需要注意內(nèi)線的Bogut傳球給外線的Stephen Curry時(shí),命中率達(dá)到驚人的58.1%,這些數(shù)據(jù)及分析方法能幫助球隊(duì)制定針對(duì)性的防守策略并提高防守效率.

Table 13 Per Game Passing Data Summary for Stephen Curry

Table 14 Per Game Received the Pass Data Summary for Stephen Curry

如果將傳球網(wǎng)絡(luò)子圖中節(jié)點(diǎn)的大小替換為該球員傳球時(shí)的助攻轉(zhuǎn)化率,如圖12所示為Stephen Curry的傳球助攻轉(zhuǎn)化效率的圖示.圖12一方面可幫助球員明確與特定隊(duì)友之間的配合效率,協(xié)助球員在球場(chǎng)上做出更優(yōu)化的傳球選擇;另一方面可幫助教練了解任意2個(gè)球員之間的配合默契程度,為教練戰(zhàn)術(shù)人員選擇提供幫助.同樣,也可以將傳球失誤率等作為子圖節(jié)點(diǎn)大小,讓球員明確需要與哪些隊(duì)友的配合需要改進(jìn),并在訓(xùn)練中得以加強(qiáng),可以減小比賽中的失誤次數(shù).

Fig. 12 The pass assist transformation efficient for Stephen Curry.圖12 球員庫(kù)里的傳球助攻轉(zhuǎn)化效率

4.4 傳球網(wǎng)絡(luò)在游戲中的應(yīng)用

即便在頂級(jí)的籃球游戲NBA2K16中,游戲中的球員傳球與真實(shí)的NBA比賽中的球員傳球存在著巨大的差距.主要存在3個(gè)問(wèn)題:1)游戲中缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì);2)游戲中球員傳球的場(chǎng)均次數(shù)與真實(shí)比賽中的傳球次數(shù)有差距;3)游戲中任意2個(gè)球員之間的傳球頻率與真實(shí)比賽中的傳球頻率有較大偏差、并且游戲中對(duì)于球員之間的傳球失誤場(chǎng)景的模擬,真實(shí)性較差. NBA2K16是對(duì)真實(shí)的NBA比賽的模擬,存在的這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致游戲模擬的真實(shí)性降低,從而降低游戲者的體驗(yàn).

但是,在傳球網(wǎng)絡(luò)建立的基礎(chǔ)上,并通過(guò)4.3節(jié)的建立網(wǎng)絡(luò)子圖,對(duì)于任意的球員、在游戲中的任意時(shí)刻,可利用網(wǎng)絡(luò)子圖中的邊屬性FREQUENCY%,建立球員的傳球概率模型.設(shè)P表示游戲中場(chǎng)上的任意一個(gè)球員,并設(shè)P場(chǎng)上的其他4個(gè)隊(duì)友為P1,P2,P3及P4,而PrP→Pn(n∈[1,4])表示游戲中球員P傳球給其他4位隊(duì)友的概率.PrP→Pn的值為

(7)

其中FP→Pn表示傳球網(wǎng)絡(luò)中連接球員P與Pn之間邊的屬性FREQUENCY%的值.

例如，以Stephen Curry為例,表13中的FREQUENCY字段是Stephen Curry在真實(shí)的NBA賽場(chǎng)中的傳球概率,假設(shè)游戲中Stephen Curry擔(dān)任控球后衛(wèi),并且其他4位隊(duì)友為:中鋒Bogut、大前鋒Green、小前鋒Iguodala及得分后衛(wèi)Thompson.FP→Pn的值如表15所示:

Table 15 Stephen Curry’s Pass Frequency

那么根據(jù)式(7)可計(jì)算出在游戲中Stephen Curry的傳球概率分布情況，如表16所示:

Table 16 Stephen Curry’s Pass Frequency in the Game

表16中的數(shù)據(jù)表示的是Curry與Green等其他4名球員之間的總體傳球概率分布.無(wú)論是在真實(shí)的NBA賽場(chǎng)還是游戲中,球員的任意一次傳球都是屬于隨機(jī)事件,與接球人的位置、防守人的位置、離籃筐的距離、接球人的角色、戰(zhàn)術(shù)種類等都有很大關(guān)系.而表16中的概率值只能作為游戲中球員傳球決策計(jì)算中的一個(gè)參數(shù),并且,傳球網(wǎng)絡(luò)除了可以輔助計(jì)算球員在游戲中的傳球決策外,在記錄游戲中的傳球數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上還可以將傳球網(wǎng)絡(luò)嵌入到游戲中,在賽后將傳球網(wǎng)絡(luò)圖呈現(xiàn)給游戲者,從而增加游戲者的體驗(yàn).

5 結(jié)論及下一步工作

大數(shù)據(jù)時(shí)代并不代表所有應(yīng)用數(shù)據(jù)量都大,大數(shù)據(jù)最核心的問(wèn)題怎樣挖掘大數(shù)據(jù)的價(jià)值.隨著以MapReduce計(jì)算模型為核心的大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟,其在社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、金融、公共安全、健康醫(yī)療等領(lǐng)域不斷發(fā)揮著巨大的價(jià)值;但是在競(jìng)技體育方面,大數(shù)據(jù)的相關(guān)應(yīng)用研究還處于探索階段.本文研究范疇屬于圖的應(yīng)用,圖廣泛應(yīng)用于社交網(wǎng)絡(luò)、生物信息學(xué)、化學(xué)信息學(xué)、智能交通、輿情監(jiān)控等等領(lǐng)域.

本文發(fā)現(xiàn)籃球比賽中除得分、籃板、助攻、搶斷、蓋帽、失誤、犯規(guī)、投籃命中率、出場(chǎng)時(shí)間等常規(guī)技術(shù)統(tǒng)計(jì)外,缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的記錄,更缺乏對(duì)傳球數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘及應(yīng)用方法的研究.本文將球員之間的傳球關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)隨著傳球數(shù)據(jù)量的不斷增加,最終形成一張穩(wěn)定的傳球網(wǎng)絡(luò)圖.所以本文圍繞傳球數(shù)據(jù)形成的傳球網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究.1)經(jīng)過(guò)傳球數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)清洗及格式轉(zhuǎn)化、Vertex及Edge表構(gòu)建的基礎(chǔ)上,通過(guò)GraphX構(gòu)建傳球網(wǎng)絡(luò)圖,為傳球網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用打下基礎(chǔ).2)在傳球網(wǎng)絡(luò)可視化研究方面,由于與社交網(wǎng)絡(luò)的可視化存在諸多的不同,本文研究了區(qū)分球員在傳球網(wǎng)絡(luò)中的角色、重要度、傳球次數(shù)等信息的方法.3)在構(gòu)建GraphX傳球網(wǎng)絡(luò)圖及可視化研究的基礎(chǔ)上,本文分析了傳球數(shù)據(jù)對(duì)比賽結(jié)果的影響、球隊(duì)傳球數(shù)據(jù)分析、戰(zhàn)術(shù)人員選擇、臨場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)制定、傳球網(wǎng)絡(luò)子圖及游戲體驗(yàn)等方面的應(yīng)用.

下一步工作主要集中在4個(gè)方面:

1) 高效的傳球數(shù)據(jù)獲取方法的研究.由于已有的傳球數(shù)據(jù)只能由人工現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)或錄像分析的方法得到,效率低下并且不能避免人為錯(cuò)誤.所以,需要與圖像識(shí)別及視頻處理等技術(shù)相結(jié)合,研究自動(dòng)從比賽錄像中提取傳球數(shù)據(jù)的方法.

2) 本地化的基于傳球網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開(kāi)發(fā).中國(guó)的CBA甚至是中國(guó)男籃,對(duì)常規(guī)技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘及應(yīng)用都停留在初級(jí)階段.所以,研究基于傳球網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用軟件,從而簡(jiǎn)化傳球數(shù)據(jù)的獲取到數(shù)據(jù)價(jià)值轉(zhuǎn)化的過(guò)程,是推動(dòng)籃球競(jìng)技數(shù)據(jù)化、智能化的關(guān)鍵.

3) 傳球數(shù)據(jù)與其他技術(shù)統(tǒng)計(jì)的關(guān)聯(lián)分析.需在已有的傳球數(shù)據(jù)中擴(kuò)展傳球類型、速度、失誤概率、傳球距離等信息,并挖掘傳球數(shù)據(jù)與球員位置、得分、失誤、助攻等其他技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系.

4) 將傳球網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用擴(kuò)展到其他球類運(yùn)動(dòng).本文的傳球數(shù)據(jù)來(lái)自于籃球賽場(chǎng),可將傳球網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用擴(kuò)展到其他球類運(yùn)動(dòng),如足球、排球、橄欖球、水球、手球等.

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Zhang Tao, born in 1988. PhD candidate in the School of Information Science and Engineering, Xinjiang University. Her main research interests include big data and cloud computing, etc.

Yu Jiong, born in 1964. Professor and PhD supervisor in computer science at the School of Information Science and Engineering, Xinjiang University. His main research interests include grid computing, parallel computing, etc.

Liao Bin, born in 1986. PhD and associate professor in the School of Statistics and Information, Xinjiang University of Finance and Economics. His main research interests include database theory and technology, big data and green computing, etc.

Guo Binglei, born in 1991. PhD candidate in the School of Information Science and Engineering, Xinjiang University. Her main research interests include cloud and green computing, etc.

Bian Chen, born in 1981. PhD candidate in the School of Information Science and Engineering, Xinjiang University. His main research interests include parallel computing, distributed system, etc.

Wang Yuefei, born in 1991. PhD candidate in the School of Information Science and Engineering, Xinjiang University. His main research interests include big data and green computing, etc.

Liu Yan, born in 1990. Master candidate in the school of Software, Tsinghua University. His main research interests include cloud and green computing, etc.

The Construction and Analysis of Pass Network Graph Based on GraphX

Zhang Tao1, Yu Jiong1, Liao Bin2, Guo Binglei1, Bian Chen1, Wang Yuefei1, and Liu Yan3

1(School of Information Science and Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046)2(SchoolofStatisticsandInformation,XinjiangUniversityofFinanceandEconomics,Urumqi830012)3(SchoolofSoftware,TsinghuaUniversity,Beijing100084)

In the field of social networking, finance, public security, health care, etc, the application of big data technology is matured constantly, but its application in competitive sports is still in exploratory stage. Lacking of recording the pass data in basketball technical statistics leads that we can not research the statistical analysis, data mining and application on the pass data. Firstly, as the aggregation from of passing data is graph, based on data acquisition, clean and format conversion, Vertex and Edge table construction, we create the pass network graph with GraphX, which lays the foundation for other applications. Secondly, the PlayerRank algorithm is proposed to distinguish the importance of players, player position personalized the graph vertex’s color, etc, which improves the visual quality of pass network graph. Finally, we can use the pass network graph created by GraphX to analyze the effect of passing quantity and quality on the outcome of the game, and the pass network graph is also used to analyze the team’s passing data, tactical player selection, on-the-spot tactics supporting, subgraph extraction and gaming experience improvement, etc.

big data application; pass network; GraphX frame; PlayerRank algorithm; player importance

2016-08-08；

2016-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61562078,61262088,71261025);新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016D01B014) This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (61562078, 61262088, 71261025) and the Natural Science Foundation of the Xinjiang Uygur Autonomous Region of China (2016D01B014).

廖彬(liaobin665@163.com)

TP393.09