在graph-tool的GTK循环中同步更新图属性与拓扑结构的正确方法

我想实现一个动态布局的图动画，属于生命游戏的图类比实现，需要在动画运行过程中同步更新图的拓扑结构和顶点属性。

此前我采用的实现方法是：在第i-1次迭代时复制当前图，基于原图计算所有变更后返回更新后的副本，通过这种方式构建完整的图序列。

但这个方法存在问题：使用GraphWindow实现动画时要求原地修改图，不能生成新的副本。所以我目前的方案是每次调用update_state函数时遍历两次图：第一次遍历计算所有顶点的新状态，第二次遍历统一赋值更新。现在批量赋值对标量属性可以正常生效，但我没有实现字符串类型属性的批量赋值。

我现在的核心需求是：每次调用update_state时，同步更新两个顶点属性：

• 对应顶点状态的标量属性vp.state
• 对应顶点颜色的字符串类型属性vp.color

以下是我写的run_simulation函数（对应更新状态的核心函数）的代码片段：

def run_simulation():
    global count, g
    
    to_remove = []
    alterations = []
    r = 0
    
    for v in g.get_vertices():
        if len(g.get_all_edges(v)) == 0:
            print(r)
            r+=1
            to_remove.append(v)
        else:
            Nv = g.get_all_neighbors(v)
            sum_nbstates = sum([g.vp.state[u] for u in Nv])
            nb_size = len(Nv)
            acoef = sum_nbstates / nb_size
    
            if g.vp.state[v] == 1:
                if 2 / nb_size <= acoef <= 3 / nb_size:
                    state = 1
                    color = "white"
                else:
                    state = 0
                    color = "black"

            elif g.vp.state[v] == 0:
                # if (acoef == 3/nb_size):
                if 2 / nb_size <= acoef <= 4 / nb_size:
                    state = 1
                    color = "white"
                else:
                    state = 0
                    color = "black"
            
            alterations.append([v, state, color])
            states.append(state)
            colors.append(color)

    ###some checks
    #print(vertices)
    diff = len(to_remove)
    if diff >= 1:
        print(f"diff {diff}, count {count}") #this eventually results in something ≠ 0, I still haven't find out why 
    ###
        
    for (v, new_state, new_color) in alterations:
        g.vp.state[v] = new_state
        g.vp.color[v] = new_color


    gt.sfdp_layout(
        g, pos=g.vp.pos, eweight=g.ep.weight, max_iter=1, init_step=0.01, K=0.5
         )

    g.remove_vertex(to_remove) 

    count += 1

    win.graph.regenerate_surface()
    win.graph.queue_draw()
    
    if OFFSCREEN:
        pixbuf = win.get_pixbuf()
        pixbuf.savev(r'./frames/graphol%06d.png' % count, 'png', [], [])

    if count >= max_count:
        sys.exit(0)

    return True

针对字符串属性无法批量赋值的问题，可采用以下优化方案实现高效原地更新：

1. 字符串属性映射优化
   不直接用字符串类型的顶点属性存储颜色，新增一个整数类型的颜色映射属性vp.color_code，0对应黑色、1对应白色，批量更新vp.color_code后，仅需在绘制时做一次值到颜色的映射即可。如果必须直接更新字符串属性，可提前构建颜色列表，用g.vp.color.a = np.array(color_list, dtype=object)的方式实现批量赋值，注意numpy数组要指定dtype为object才能存储字符串。
2. 遍历逻辑确认
   当前的两次遍历逻辑是正确的，避免了迭代过程中修改属性影响当前轮次的状态计算，不需要调整。你当前的代码已经排除了待删除顶点的赋值操作，不会产生无效赋值。
3. 孤立顶点差值问题排查
   代码中打印的diff不为0属于正常现象，每一轮迭代都会产生度数为0的孤立顶点，这些顶点会被加入to_remove列表删除，如果不需要删除孤立顶点，注释掉g.remove_vertex(to_remove)行即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者izzorts