[发明专利]一种基于堆叠树图的复杂数据可视化方法及设备

说明书

技术领域

本发明属于信息可视化领域，具体涉及一种对大量复杂数据进行可视化的方法和设备。

背景技术

随着信息技术的发展，各个领域的信息量也在飞速地增加。对于大量的信息数据来说，如何获取隐含在数据中有价值的内容，是人们所关心的问题。可视化技术就是将各种非直观、抽象的数据，借助计算机图形等相关技术展现出来，为人们对数据的交互处理，获取数据所蕴含信息提供帮助。在中国授权专利200810108432.9中，IBM公司提出一种对大量信息可视化的方法和设备，该方法可以将包含大量数据点的树结构或数据表等信息，映射到虚拟球面上，然后投影到一个显示平面上。

时间序列数据是指在不同时间段上(如每月、每季度、每年)收集到的数据，这类数据反映了某一事物、现象等随时间的变化状态或程度。传统的时间序列数据可视化方法主要是通过统计分类计算，甘特图、趋势图等方法，将复杂的时间序列数据以图形的方式展现在用户面前，辅助用户进行处理和决策，得到广泛应用。ThemeRiver是由Havre，Hetzler，Whitne等人于2002年提出的一种可视化方法，它用“河流”的形式形象地描述数据集中包含的主题随时间的发展情况，一条“河流”代表一个主题，宽度表示该主题相应时刻的发展程度。该技术虽然将数据按主题及时间序列进行可视化，但其空间的利用率不高，提供给用户的信息量也不是很充实。2010年IBM的Furu Wei，Shixia Liu等人基于堆叠技术提出了一个文本可视化系统TIARA，该系统根据用户所选择的主题、时间来对相关文本数据进行可视分析，通过词频统计等方式来对主题在某一时间上的关注度进行量化，使得用户能够更好地了解到不同时间段内用户关注点以及关注度的变化。并利用堆叠图形之间的空间，填充词频较高的单词。该方法虽然提高了空间利用率，但是在主题的层次结构展示上依然存在不足，用户只能获取到较大主题的相关信息。层次数据是指数据之间存在着一种像树一样的多层次关系，它是一种常用的数据结构，如生物学物种分类、图书编目分类等。刘世霞等人在中国授权专利200710160532.1中，描述了一种层次化图结构数据可视化的方法，在焦点区域呈现了层次化图结构数据节点及其之间的关系。层次信息的可视化技术主要包括：锥形树，双曲树，树图(Treemap)等技术。树图(Treemap)技术，是由Ben Shneiderman等提出的层次信息可视化的一种模型。它使用嵌套矩形，将源数据集的层次结构映射到了一个二维矩形区域中，充分利用了整个的可视空间。SmartMoney是将树图可视化技术应用于股票数据当中，按地区划分层次、矩形面积大小表示股票市值，颜色表示当天股票的涨跌情况。该系统是层次可视化方法较成熟的应用，却也存在一个问题，就是像股票这种对时序性要求较高的数据进行分析，层次可视化技术虽然能够很好的表示层次结构，但对随时间发展的数据的变化趋势无法进行展示。此外层次可视化技术虽然能够很好地从图形看出对各个子块之间大小的比较，但是用户无法直观地得到某一子块的具体数值，更无法得到其在整体中的比例。

因此现有的时间序列可视分析方法存在一个普遍的问题，就是在数据的层次结构表现上较差，而同样层次可视化方法对于数据的量化、发展趋势等表现上也存在较大问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种复杂数据的可视化方法，将具有时间属性和层次关系的复杂数据，以堆叠树图(Stacked TreeMap，STM)的形式映射到二维空间，从而将数据集中数据随时间变化的规律、以及在每一时间段内每一类数据的层次结构关系和量值，清晰地表示出来。再结合相关的交互技术，实现对所选数据子集的过滤和对具体数据元素量值的精确标注，以达到浏览数据集全貌、探究数据之间的关系、以及查看数据细节的目的。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述方法对复杂数据进行可视化的设备。

在叙述本发明的原理和步骤前，首先对本发明中待可视化的复杂数据集DS做如下说明：