如何编写R代码实现任意不相交子图间的边重连？

我有一些可通过如下方式生成的（图边）数据：

data.gen = function(g,n){
  m  = (length(g)-1)*n
  gm = rep(g,each=m)
  x  = data.frame(g=gm,v1=paste0(gm,1,seq(m)),v2=paste0(gm,2,seq(m)))
}

例如，data.gen(c('a','b','c'),1) 生成的结果为：

g  v1  v2
a a11 a21
a a12 a22
b b11 b21
b b12 b22
c c11 c21
c c12 c22

我希望重新分配（重排）v2列的数据，使每个分组g的所有值最终都对应到不同分组的行中。背景是我需要重连不相交子图（相互连通的独立节点“岛”）之间的随机数量边。上述示例中的一种可行结果如下：

g  v1  v2
a a11 b21
a a12 c21
b b11 a21
b b12 c22
c c11 a22
c c12 b22

n的含义是每对子图之间的连接边数。请问如何针对任意g和n编写代码实现该功能？

实现思路 #

1. 按分组g提取所有v2节点，整理成分组集合
2. 对每个分组，筛选出其他所有分组的v2节点
3. 从非自身分组的节点集合中随机抽取对应数量的节点，替换当前分组的v2列

代码实现 #

reassign_v2 <- function(df) {
  # 按分组拆分v2节点
  v2_groups <- split(df$v2, df$g)
  group_names <- unique(df$g)
  
  # 为每个分组重新分配v2
  df$v2 <- unlist(lapply(group_names, function(current_group) {
    # 获取当前分组需要替换的行数
    row_count <- nrow(df[df$g == current_group, ])
    # 收集所有非当前分组的v2节点
    non_self_v2 <- unlist(v2_groups[group_names != current_group])
    # 随机抽取对应数量的节点
    sample(non_self_v2, row_count)
  }))
  
  return(df)
}

# 测试用例
test_df <- data.gen(c('a','b','c'), 1)
result <- reassign_v2(test_df)
print(result)

逻辑验证 #

原始数据中每个分组的行数为(length(g)-1)*n，而其他所有分组的v2节点总数恰好是(length(g)-1)个分组 × n个节点 = (length(g)-1)*n，因此随机抽取时能保证每个分组的v2节点全部来自其他分组，且每对子图之间的边数符合n的设定。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jessexknight