1. 基本框架1.1. 數(shù)據(jù)可視化不僅是一門(mén)包含各種算法的技術(shù)還是一個(gè)具有方法論的學(xué)科1.2. 在實(shí)際應(yīng)用中需要采用系統(tǒng)化的思維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可視化方法與工具1.3. 流程1.3.1. 科學(xué)可視化和信息可視化分別設(shè)計(jì)了可視化流程的參考體系結(jié)構(gòu)模型并被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)中1.3.2. 數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)的可視映射和繪制1.3.3. 流水線實(shí)際上是數(shù)據(jù)處理和圖形繪制的嵌套組合1.3.4. 幾乎所有著名的信息可視化系統(tǒng)和工具包都支持這個(gè)模型而且絕大多數(shù)系統(tǒng)在基礎(chǔ)層都兼容只存在細(xì)微的實(shí)現(xiàn)差異1.3.5. 可視分析學(xué)的基本流程則通過(guò)人機(jī)交互將自動(dòng)和可視分析方法緊密結(jié)合1.3.6. 起點(diǎn)是輸入的數(shù)據(jù)終點(diǎn)是提煉的知識(shí)1.3.6.1. 從數(shù)據(jù)到知識(shí)有兩個(gè)途徑交互的可視化方法和自動(dòng)的數(shù)據(jù)挖掘方法1.3.6.2. 兩個(gè)途徑的中間結(jié)果分別是對(duì)數(shù)據(jù)的交互可視化結(jié)果和從數(shù)據(jù)中提煉的數(shù)據(jù)模型1.3.7. 在相當(dāng)多的應(yīng)用場(chǎng)合異構(gòu)數(shù)據(jù)源需要在可視分析或自動(dòng)分析方法應(yīng)用之前被整合1.4. 在任意一種可視化或可視分析流水線中人是核心的要素1.4.1. 機(jī)器智能可部分替代人所承擔(dān)的工作而且在很多場(chǎng)合比人的效率高1.4.2. 人是最終的決策者是知識(shí)的加工者和使用者1.4.3. 數(shù)據(jù)可視化工具目標(biāo)是增強(qiáng)人的能力不能完全替代人的作用1.4.4. uspanfont face微軟雅黑如果可以設(shè)計(jì)一個(gè)全自動(dòng)的方案就不需要人的判斷了可視化也就失去了意義/font/span/u1.5. 核心要素1.5.1. 數(shù)據(jù)表示與變換1.5.1.1. 數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)表示和變換1.5.1.2. 有效表示海量數(shù)據(jù)的主要挑戰(zhàn)在于采用具有可伸縮性和擴(kuò)展性的方法以便忠實(shí)地保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性和內(nèi)容1.5.2. 數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)1.5.2.1. 數(shù)據(jù)可視化向用戶傳播了信息而同一個(gè)數(shù)據(jù)集可能對(duì)應(yīng)多種視覺(jué)呈現(xiàn)形式即*視覺(jué)編碼1.5.2.2. 核心內(nèi)容是從巨大的呈現(xiàn)多樣性空間中選擇*最合適的編碼形式1.5.2.3. 判斷某個(gè)視覺(jué)編碼是否合適的因素包括感知與認(rèn)知系統(tǒng)的特性、數(shù)據(jù)本身的屬性和目標(biāo)任務(wù)1.5.2.4. 大量的數(shù)據(jù)采集通常是以流的形式實(shí)時(shí)獲取的針對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)展起來(lái)的可視化顯示方法不能直接拓展到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)1.5.2.4.1. 要求可視化結(jié)果有一定的時(shí)間連貫性還要求可視化方法達(dá)到高效以便給出實(shí)時(shí)反饋1.5.3. 用戶交互1.5.3.1. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和分析的目的是解決目標(biāo)任務(wù)1.5.3.2. 三類(lèi)生成假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)和視覺(jué)呈現(xiàn)1.5.3.3. 交互是通過(guò)可視的手段輔助分析決策的直接推動(dòng)力2. 數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)2.1. 第一層2.1.1. 最外層2.1.2. 是刻畫(huà)真實(shí)用戶的問(wèn)題稱為問(wèn)題刻畫(huà)層2.1.3. 可視化設(shè)計(jì)人員采用以人為本的設(shè)計(jì)方法與目標(biāo)用戶群相處大量時(shí)間了解目標(biāo)受眾的需求2.1.4. 首要問(wèn)題是用戶可能根本不需要數(shù)據(jù)可視化來(lái)幫助解決問(wèn)題2.1.5. 解決方法之一是采訪和觀察用戶定性地驗(yàn)證任務(wù)的實(shí)際內(nèi)容2.1.6. 解決方法之二是調(diào)研相關(guān)軟件或工具中數(shù)據(jù)可視化方法的實(shí)際使用率2.2. 第二層2.2.1. 是抽象層將特定領(lǐng)域的任務(wù)和數(shù)據(jù)映射到抽象且通用的任務(wù)及數(shù)據(jù)類(lèi)型2.2.2. 將第一層確定的任務(wù)和數(shù)據(jù)從采用特定領(lǐng)域的專(zhuān)有名詞的描述轉(zhuǎn)化為更抽象、更通用的信息可視化術(shù)語(yǔ)的描述2.2.3. 將這些不同領(lǐng)域的需求轉(zhuǎn)化為不依賴于特定領(lǐng)域概念的通用任務(wù)是可視化設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)之一2.2.4. 主要風(fēng)險(xiǎn)在于選定的任務(wù)和數(shù)據(jù)類(lèi)型無(wú)法解決既定任務(wù)目標(biāo)2.2.5. 檢驗(yàn)的關(guān)鍵是由用戶測(cè)試系統(tǒng)2.2.6. 方法之一是讓目標(biāo)用戶試用工具看工具是否能幫助發(fā)現(xiàn)新見(jiàn)解或證實(shí)了某些假設(shè)2.2.7. 方法之二是以一種長(zhǎng)期的局部研究的方式觀察并記錄用戶如何在日常工作中使用系統(tǒng)2.3. 第三層2.3.1. 是編碼層設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)類(lèi)型相關(guān)的視覺(jué)編碼及交互方法2.3.2. 可視化研究的核心內(nèi)容設(shè)計(jì)可視編碼和交互方法2.3.3. 視覺(jué)編碼和交互這兩個(gè)層面通常相互依賴2.3.4. 風(fēng)險(xiǎn)是選定的設(shè)計(jì)方法的視覺(jué)編碼效果不佳2.3.5. 第一種方法是根據(jù)感知和認(rèn)知理論判斷設(shè)計(jì)是否合理2.3.6. 第二種方法是以用戶實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行規(guī)范的用戶研究通過(guò)定量或定性分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果或者用戶偏好來(lái)檢驗(yàn)所使用的設(shè)計(jì)方案的效率2.3.7. 第三種方法是向測(cè)試人員展示可視化結(jié)果圖像或視頻?報(bào)告設(shè)計(jì)結(jié)果并做定性討論2.3.7.1. 目的是確定工具是否對(duì)特定的任務(wù)和數(shù)據(jù)集有用2.3.8. 第四種方法是定量地評(píng)估可視化結(jié)果圖像或視頻2.4. 第四層2.4.1. 最內(nèi)層2.4.2. 任務(wù)是創(chuàng)建正確完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的算法2.4.3. 第四層設(shè)計(jì)與前三個(gè)層次匹配的具體算法相當(dāng)于一個(gè)細(xì)節(jié)描述的過(guò)程2.4.4. 與第三層的不同之處在于第三層確定應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)的內(nèi)容以及如何呈現(xiàn)而第四層解決的是如何完成的問(wèn)題2.4.5. 風(fēng)險(xiǎn)在于算法的性能和精度無(wú)法達(dá)到要求2.4.6. 方法之一是分析算法的計(jì)算復(fù)雜度或測(cè)試算法的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間及內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)2.5. 上游層的輸出是下游層的輸入2.5.1. 無(wú)論各層次以何種順序執(zhí)行都可以獨(dú)立地分析每個(gè)層次是否已正確處理3. 可視化中的數(shù)據(jù)3.1. 數(shù)據(jù)可視化將數(shù)據(jù)變換為易于感知的可視編碼3.2. 數(shù)據(jù)認(rèn)知3.2.1. 概念模型是對(duì)數(shù)據(jù)的高層次描述對(duì)應(yīng)于人們對(duì)數(shù)據(jù)的具體認(rèn)知3.3. 數(shù)據(jù)類(lèi)型3.3.1. 類(lèi)別型數(shù)據(jù)3.3.1.1. 用于區(qū)分物體3.3.1.2. 適用于區(qū)分度算子可以判斷不同數(shù)據(jù)之間是否相等3.3.1.3. 可以互換元素間的位置統(tǒng)計(jì)類(lèi)別和模式也可以計(jì)算列聯(lián)相關(guān)3.3.2. 有序型數(shù)據(jù)3.3.2.1. 用來(lái)表示對(duì)象間的順序關(guān)系3.3.2.2. 適用于區(qū)分度算子和序別算子因此可以判斷大小關(guān)系3.3.2.3. 可以計(jì)算元素間的單調(diào)遞增減關(guān)系、中值、百分位數(shù)3.3.3. 數(shù)值型數(shù)據(jù)3.3.3.1. 區(qū)間型數(shù)據(jù)3.3.3.1.1. 用于得到對(duì)象間的定量比較3.3.3.1.2. 適用于區(qū)分度算子、序別算子和加減算子3.3.3.1.3. 可以進(jìn)行元素間線性加減操作計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)方差等3.3.3.2. 比值型數(shù)據(jù)3.3.3.2.1. 用于比較數(shù)值間的比例關(guān)系3.3.3.2.2. 適用于區(qū)分度算子、序別算子、加減算子和乘除算子3.3.3.2.3. 由于基數(shù)為零除上述三種數(shù)據(jù)類(lèi)型所允許的操作外還可以進(jìn)行更復(fù)雜的計(jì)算3.3.4. 不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型同時(shí)也對(duì)應(yīng)不同的集合操作和統(tǒng)計(jì)計(jì)算4. 可視化的基本圖表4.1. 統(tǒng)計(jì)圖表是最早的數(shù)據(jù)可視化形式之一作為基本的可視化元素仍然被非常廣泛地使用4.2. 原始數(shù)據(jù)繪圖、簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)值標(biāo)繪和多視圖協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)4.3. 原始數(shù)據(jù)繪圖4.3.1. 原始數(shù)據(jù)繪圖用于可視化原始數(shù)據(jù)的屬性值直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)特征4.3.2. 數(shù)據(jù)軌跡4.3.2.1. 一種標(biāo)準(zhǔn)的單變量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方法4.3.3. 柱狀圖4.3.3.1. Bar Chart4.3.3.2. 采用長(zhǎng)方形的形狀和顏色編碼數(shù)據(jù)的屬性4.3.4. 直方圖4.3.4.1. Histogram4.3.4.2. 是對(duì)數(shù)據(jù)集的某個(gè)數(shù)據(jù)屬性的頻率統(tǒng)計(jì)4.3.5. 餅圖4.3.5.1. Pie Chart4.3.5.2. 采用了餅干的隱喻用環(huán)狀方式呈現(xiàn)各分量在整體中的比例4.3.5.3. 分塊方式是環(huán)狀樹(shù)圖等可視表達(dá)的基礎(chǔ)4.3.6. 等值線圖4.3.6.1. Contour Map4.3.6.2. 等值線圖使用相等數(shù)值的數(shù)據(jù)點(diǎn)連線來(lái)表示數(shù)據(jù)的連續(xù)分布和變化規(guī)律4.3.7. 走勢(shì)圖4.3.7.1. Sparkline4.3.7.2. 是一種緊湊簡(jiǎn)潔的數(shù)據(jù)趨勢(shì)表達(dá)方式4.3.8. 散點(diǎn)圖4.3.8.1. Scatter Plot4.3.8.2. 是表示二維數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方法4.3.8.3. 在散點(diǎn)圖中所有數(shù)據(jù)以點(diǎn)的形式出現(xiàn)在笛卡爾坐標(biāo)系中每個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫縱坐標(biāo)即代表該數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸所表示維度上的屬性值大小4.3.9. 散點(diǎn)圖矩陣4.3.9.1. Scatter Plot Matrix4.3.9.2. 是散點(diǎn)圖的高維擴(kuò)展用來(lái)*展現(xiàn)高維大于二維*數(shù)據(jù)屬性分布4.3.10. 維恩圖4.3.10.1. Venn Diagram4.3.10.2. 維恩圖使用平面上的封閉圖形來(lái)表示數(shù)據(jù)集合間的關(guān)系4.3.11. 熱力圖4.3.11.1. Heat Map4.3.11.2. 使用顏色來(lái)表達(dá)位置相關(guān)的二維數(shù)值數(shù)據(jù)大小4.4. 簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)值標(biāo)繪4.4.1. 盒須圖是John Tukey發(fā)明的通過(guò)標(biāo)繪簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)值來(lái)呈現(xiàn)一維和二維數(shù)據(jù)分布的一種方法4.5. 多視圖協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)4.5.1. Multiple Coordinated Views4.5.2. 將不同種類(lèi)的繪圖組合起來(lái)每個(gè)繪圖單元可以展現(xiàn)數(shù)據(jù)某個(gè)方面的屬性并且通常允許用戶進(jìn)行交互分析提升用戶對(duì)數(shù)據(jù)的模式識(shí)別能力