高维时空房地产数据的可视分析

高维房地产数据中包含着复杂的空间和时间趋势,为了使用户能够创建自己的可视化形式并理解房地产市场中的内容,提出基于HTML5的在线房地产信息的、包含4个组件的可视分析方法.该方法提出了基于楼盘地理位置聚类的可视化方法来展示楼盘地理信息的地学可视化组件,结合多种布局和排序方式来展示楼盘销售数量变化的堆栈图组件,基于楼盘销量和价格的聚类方法来展示楼盘多维属性的像素条图组件,并结合多种节点布局和排序的方式展示数据层次结构的树图组件;最后对各组件设计了良好的交互操作,丰富了系统的分析能力.文中方法已用于杭州市房地产的真实数据分析中,用户和专家反馈效果良好.     

一种层次结构中多维属性的可视化方法

在很多领域的统计分析中,通常需要分析既具有层次结构又具有多维属性的复杂数据,如食品安全数据、股票数据、网络安全数据等.针对现有多维数据和层次结构的可视化方法不能满足对同时具有层次和多维两种属性数据的可视分析要求,提出了一种树图中的多维坐标MCT(multi-coordinate in treemap)技术.该技术采用基于Squarified和Strip布局算法的树图表示层次结构,用树图中节点矩形的边作为属性轴,通过属性映射、属性点连接、曲线拟合实现层次结构中多维属性的可视化.将该技术应用于全国农药残留侦测数据,实现了对全国各地区、各超市、各农产品中农药残留检出和超标情况的可视化,为领域人员提供了有效的分析工具.MCT技术也可用于其他领域的层次多属性数据的可视化.     

多维时空数据协同可视分析方法EI北大核心CSCD

随着获取渠道的多样化以及采集过程的规范化,数据普遍具有多维、时空属性.由于不同的属性维度中数据的分布方式和表达意义各不相同,针对数据的多维时空属性开展综合的分析和全面的探索存在较大的困难.为此,提出一种多维时空数据协同可视化方法.首先设计属性关联视图展现空间对象的多维属性数据及其关系;然后利用MDS算法将原始多维属性数据按照时间顺序关系分别降解至一维空间构建时序平行坐标系,并且对各时间轴的投影坐标点进行布局优化和层次聚类操作,利用信息熵度量类别的稳定性对平行坐标系中点和线的颜色进行映射;最后设计圆状布局的层次链接图,展示感兴趣特征的层次结构关系.文中通过设计便捷的交互模式有效地关联各个视图的可视化设计,构建多维时空数据协同可视分析系统.GDP数据和空气质量监测数据的实例分析结果表明,文中方法能够综合考虑多维时序属性,帮助用户快速探索数据中隐含的特征模式;专家用户的反馈进一步验证了该方法的有效性和实用性.     

多维时空数据协同可视分析方法

随着获取渠道的多样化以及采集过程的规范化,数据普遍具有多维、时空属性.由于不同的属性维度中数据的分布方式和表达意义各不相同,针对数据的多维时空属性开展综合的分析和全面的探索存在较大的困难.为此,提出一种多维时空数据协同可视化方法.首先设计属性关联视图展现空间对象的多维属性数据及其关系;然后利用MDS算法将原始多维属性数据按照时间顺序关系分别降解至一维空间构建时序平行坐标系,并且对各时间轴的投影坐标点进行布局优化和层次聚类操作,利用信息熵度量类别的稳定性对平行坐标系中点和线的颜色进行映射;最后设计圆状布局的层次链接图,展示感兴趣特征的层次结构关系.文中通过设计便捷的交互模式有效地关联各个视图的可视化设计,构建多维时空数据协同可视分析系统.GDP数据和空气质量监测数据的实例分析结果表明,文中方法能够综合考虑多维时序属性,帮助用户快速探索数据中隐含的特征模式;专家用户的反馈进一步验证了该方法的有效性和实用性.     

面向空气质量监测数据时空多维属性的可视分析方法

空气质量监测数据具有显著的时空多维属性.传统的平行坐标技术虽然能够有效地展示数据的多维属性信息,却在分析与解读空气质量监测数据各个属性的时空变化规律方面表现出一定的局限性,在平行坐标展示空气质量监测数据多维属性的基础上,提出一种支持用户交互式探索大气污染时空特征的可视分析方法.首先利用平行坐标展示空气质量监测数据,支持用户交互改变时空维度以及指定坐标轴排列顺序;然后引入角度面积正负相关性等方式度量数据在平行坐标系中的布局差异,并且通过矩阵图和交互式柱状图分别展示不同时空维度下数据的布局差异;再综合考虑各个属性之间的数据布局差异,构建相似性矩阵,利用多维标度法对当前时空维度的数据进行降维,获得初始数据在低维空间的表示;最后利用层次聚类方法对低维空间的数据表达做聚类分析,并且分别设计时钟隐喻图和地域抽象图描述各个类别的时空节点组成.集成上述可视化算法设计便捷的用户交互模式,开发面向空气质量监测数据时空多维属性的可视分析原型系统,为用户快速分析和解读大气污染的时空特征及潜在规律提供有效手段.通过大量的可视化效果及用户反馈结果,进一步验证了文中所提可视分析方法的有效性和实用性.     

语义增强的大规模多元图简化可视分析方法

网络图可视化可以有效展示网络节点之间的连接关系,广泛应用于诸多领域,如社交网络、知识图谱、生物基因网络等.随着网络数据规模的不断增加,如何简化表达大规模网络图结构已成为图可视化领域中的研究热点.经典的网络图简化可视化方法主要包括图采样、边绑定和图聚类等技术,在减少大量点线交叉造成的视觉紊乱的基础上,提高用户对大规模网络结构的探索和认知效率.然而,上述方法主要侧重于网络图中的拓扑结构,却较少考虑和利用多元图节点的多维属性特征,难以有效提取和表达语义信息,从而无法帮助用户理解大规模多元网络的拓扑结构与多维属性之间的内在关联,为大规模多元图的认知和理解带来困难.因此,本文提出一种语义增强的大规模多元图简化可视分析方法,首先在基于模块度的图聚类算法基础上提取出网络图的层次结构;其次通过多维属性信息熵的计算和比较分析,对网络层次结构进行自适应划分,筛选出具有最优属性聚集特征的社团;进而设计交互便捷的多个关联视图来展示社团之间的拓扑结构、层次关系和属性分布,从不同角度帮助用户分析多维属性在社团形成和网络演化中的作用.大量实验结果表明,本文方法能够有效简化大规模多元图的视觉表达,可以快速分析不同应用领域大规模多元图的关联结构与语义构成,具有较强的实用性.     

面向GDP数据时空多维属性的可视分析方法

国内生产总值是经济统计的核心指标,文中提出面向国内生产总值数据时空多维属性的可视分析方法.利用多维标度法对不同时空维度多维属性进行降维,支持用户交互选择时空维度和参与相似度计算的多维属性;利用环状饼图展示产业结构的比例关系,设计垂直指针定位优势产业并动态表达产业结构的变化趋势;利用圆状堆叠图呈现各个产业产值及占比的时序变化信息,堆叠图的绘制顺序进一步提示产业结构的更替特征.设计内圆、中环、外环的可视化模式,实现面向国内生产总值数据时空多维属性的可视分析系统,利用方便而快捷的交互手段关联上述可视化方法,为用户提供快速探索经济统计数据中产业结构时空特征模式的工具.最后通过大量的可视化效果及用户体验结果,进一步验证了文中方法的有效性和实用性.     

TransGraph:一种基于变换的可视分析关联图

图分析是揭示数据中复杂关联关系的一种有效手段,而可视化通常为该过程的核心组成部分.基于简化技术的图可视化方法可以降低图布局复杂度,减少视觉杂乱,提升用户体验,在分析复杂关联时有着重要的价值和优势.针对食品安全领域内的实际关联分析需求,在传统力导引图布局的基础上综合采用图过滤、节点聚类、鱼眼视图变换以及交互式分层探索等多种图简化技术,并结合donut圆环、放射环等可视化元素,提出了一种基于变换的可视分析关联图TransGraph,支持在对比展示数据关联的同时展现当前关注节点的数据分布和层次结构,并根据用户关注度交互式地逐层展示图的细节及节点相似性.基于水果蔬菜中的农药残留模拟数据集,设计并实现了一个可视分析系统PestResiTGVis,实验结果表明,采用TransGraph能够突出重点监管对象、全面地展现关联信息,从而有效地辅助相关监管部门及分析人员制定决策.     

TVBRT:一种基于Radial Tree的具有度量属性的多变元时态数据可视化方法

多变元时态数据大量存在于社会科学、环境监测、金融经济、医疗卫生及地理信息等领域。对多变元时态数据集进行深入分析,创新性地将经典的层次数据可视化方法Radial Tree加以改进,提出集成度量属性的Radial Tree布局算法(LAMPRT)、基于Radial Tree的具有度量属性的多变元时态数据可视化布局算法(LOVEBRT),结合相应的人机交互策略,形成可视化方法TVBRT。案例研究证明了该方法的有效性,并表明它能展示数据集中的细节内容。TVBRT方法侧重于对数据进行层次分析,适合于展示对具体度量值更为关心的数据集。     

SunMap:一种基于热图和放射环的关联层次数据可视化方法

针对食品安全等领域对数据空间分布和关联关系分析的需求,提出一种基于热图和放射环的关联层次数据可视化方法——Sun Map(Sunburst+Map).利用基于地理信息的热力型数据地图展示数据的地域分布,用基于节点排序的放射环可视化具有层次结构的数据,将热图置于放射环内,并用直线表示热图节点与放射环节点之间的关联;为减少视觉混乱,提出一种基于Bézier曲线的路径优化算法,通过设置过渡点,用三次Bézier曲线取代直线优化边;加入矩阵热图展示数据细节;采用数据选择、Sun Map和矩阵热图多视图联动等交互手段实现对关联层次数据的可视分析.将Sun Map应用于可视化全国农药残留侦测数据,通过用户研究对该方法进行评价.实验结果表明,该方法能有效地帮助用户快速找到目标信息,探寻隐含在数据之间的关联;它还可用于经济、金融、社会网络等领域的关联层次数据可视分析.     

平行坐标轴动态排列的地理空间多维数据可视分析

目的 平行坐标是经典的多维数据可视化方法,但在用于地理空间多维数据分析时,往往存在空间位置信息缺失和空间关联分析不确定等问题。对此,本文设计了一种有效关联平行坐标和地图的地理空间多维数据可视分析方法。方法 根据多维属性信息对地理空间位置进行聚类分析,引入Voronoi图和颜色明暗映射对地理空间各类区域进行显著标识,利用平行坐标呈现地理空间多维属性信息,引入互信息度量地理空间聚类与属性类别的相关性,动态地确定平行坐标轴排列顺序,进一步计算属性轴与地图之间数据线的绑定位置,对数据线的布局进行优化处理,降低地图与平行坐标系间数据线分布的紊乱程度。结果 有效集成上述可视化设计及数据分析方法,设计与实现一种基于平行坐标轴动态排列的地理空间多维数据可视化分析系统,提供便捷的用户交互模式,通过2组具有明显地理空间多维属性特征的数据进行测试,验证了本文可视分析方法的有效性和实用性。结论 本文提出的可视分析方法和工具可以帮助用户快速分析地理空间多维属性存在的空间分布特征及其关联模式,为地理空间多维数据的探索提供了有效手段。     

多点触控技术在三维虚拟博物馆文物数字可视化中的应用

针对传统博物馆文物数据可视化存在交互效果不佳的问题,提出以陕西省历史博物馆为研究对象,构建一个基于多点触控技术的三维虚拟博物馆设计与漫游系统。首先,采用二维形式进行博物馆三维设计;然后通过多点触控屏幕展示博物馆三维设计效果;最后采用基于变分圆形树图实现层次化数据交互可视化,以提升文物数据空间利用率,并采用层次切换交互技术实现文物数据可视化交互。实验结果表明,对于EOL数据的前6层圆布局测试中,对比于传统的圆形树图和加权能量算法,提出的变分圆形树图的空间利用率提升了4%～52%,且将提出多点触控技术应用到三维虚拟博物馆中可实现文物数据的可视化交互。由此说明,提出的算法可有效提升虚拟博物馆的空间利用率,设计的基于多点触控技术的层次化文物数据可视化交互系统具备一定的可行性。     

基于多维数据雷达图表示的图形分类器研究

分析介绍了用雷达图表示多维数据以及雷达图的图形特征选取和融合的基本方法,提出了一种基于多维数据雷达图表达的可视化图形分类新方法,该方法用雷达图表示多维数据,不同类别的多维数据对应不同的雷达图形,形成以雷达图形特征为表达主要特征的分类方法。并通过模糊推理方来来自动识别雷达图形,完成自动分类。实验表明,此方法简单、直观,实现了分类过程可视化、分类结果可视化,并且有良好的分类效果。     

DRVisSys：基于属性相关性分析的可视化推荐系统

数据可视化通常是展示数据价值最有效的方式。针对大规模复杂多维数据,对相关数据子集进行分析并将分析结果自动映射成合适的可视化展现模式,是一项需要大量迭代计算的复杂技术工作。设计并实现了DRVisSys系统,该系统根据属性关联分析技术推荐出合适的可视化展现模式;其对于非平凡属性组合的选择,采用典型关联算法计算出更优的属性集。考虑到各属性权重在实际生活中是有区别的,采用层叠隐马尔可夫算法计算各属性权重,将属性权重作为非平凡属性组的评测标准之一。为使得推荐出的可视化展现模式能更好地满足用户需要,DRVisSys系统能根据用户反馈,更新可视化推荐模型。实验结果表明,DRVisSys能够快速进行数据分析并为用户推荐出合适的可视化展现模式。     

动态多元分类属性的Hyperbolic Tree可视化

以表格和链接节点树为形式的分类数据展示,存在层次关系不明显和无法表达大规模层次结构的局限性。针对表格形式存在的分类型数据,本文设计和实现了基于Hyperbolic Tree(双曲树)的动态多元分类属性可视化方案。该方案首先根据给定的多元分类属性序进行基于表格数据的分支结构树构建,进而采用双曲线树对分支结构树进行可视化,最后通过调整多元分类属性的序实现动态可视化。同时,以国家电网营业网点分布数据为对象,对更改主次分类属性的动态可视化进行实验,既可以直观地展示网点的地理区域分布特性,也可用于辅助网点的分类与聚类。     

面向层次化数据的变分圆形树图

圆形树图(circular treemap)是面向层次化数据的一种信息可视化方法.提出一种圆形树图构造方法,将圆形树图的布局问题与组合优化中的圆排列(disk packing)问题相结合,以一种基于变分连续优化的算法求解多个半径不同圆的优化布局,由此提高圆形树图的空间利用率,并支持层次下行、层次上行与焦点+上下文等自然交互方式.实验结果表明了该方法的有效性.     

面向层次结构分析的通信网络社区检测算法

针对通信网络社区发现及其层次结构分析问题,提出一种基于可达通信距离排序的通信社区检测算法,通过建立通信密度的多分辨率嵌套树,展示社区的层次关系和核心成员,并对嵌套树进行修剪,从而在实现社区发现与层次结构分析的同时降低计算复杂度。对人工合成网络和真实网络数据进行测试,结果表明该算法有效。     

BioPW+:基于Linked Data的生物途径数据可视化系统

自Linked Data项目被提出以来,大量的开放关联数据被发布到语义Web上,这其中就包含了许多的生物途径数据集。为了使生物学家能够有效地利用这些开放的数据集,对基于Linked Data的生物途径数据可视化系统进行研究,提出了生物途径可视化模型和展示布局方案,并且采用标识符动态映射实现了多源生物途径数据的浏览,最终开发了基于Linked Data的生物途径数据查询可视化系统——BioPW+。该系统应用语义Web技术,依靠SPARQL查询来定位生物途径的基本信息,然后基于Open PHACTS平台获取生物途径元素的详细信息,最终Web界面采用力导向图布局、Sankey图布局对生物途径数据进行展示并提供多种交互操作。与已有的仅仅基于某一特定数据库的生物途径工具相比,BioPW+系统基于Linked Data,可以同时一次性展示多个数据集中的生物途径数据及与其相关的其他生物化学数据,极大节省了时间并增强了数据的完整性。     

基于Louvain算法的图数据三维树形可视化

提出一种图数据的三维树形可视化方法,基于Louvain算法对图数据中的复杂的网络关系进行层次聚类,利用三维树形映射表达聚类结果,直观展示隐含于图数据中的结构关系,通过在三维场景中旋转、缩放、移动、拾取高亮等交互操作多视角地展示数据。集成开源图数据库Neo4j研发原型系统,并开展案例数据实验。实验结果表明,该方法不仅能够简洁灵活地展示图数据的总体层次结构,还能够多样化地表达数据细节,为利用虚拟现实技术探索图数据的潜在信息提供有效的技术支持。     

可视化及可视分析专题前言

在大数据时代,从浩瀚复杂的数据中快速而准确地获取相关重要信息,是各行各业发展甚至赖以生存的重要基础.为此,可视化及可视分析的研究在全球正方兴未艾,并密切地融于实际应用中,为社会发展与生产实践的进步发挥了巨大的作用.这方面的工作一般分为科学计算可视化、信息可视化及可视分析,各有侧重.近年来,大数据的多样性、复杂性及其应用的适应性对可视化及可视分析领域的基础理论和技术手段提出了很多新的挑战.本专题选题为可视化及可视分析,反映我国学者在这方面工作的部分近期研究成果. 本专题公开征文,并与IEEE PacificVis 2015和第2届中国可视化与可视分析大会(ChinaVis 2015)合作进行专题组稿,共收到稿件65篇.经过会议筛选,并邀请国内外相关领域专家参与审稿工作,历时6个月,经初审、复审、会商和终审各个阶段,最终遴选出12篇高质量的论文入选本专题. 首先,研究新的更高效、更适用的可视化和可视分析方法是这方面工作的重要基础.以下论文在这方面进行了探讨,特别是研究了层次化多维数据的处理. 《基于密度-距离图的交互式体数据分类方法》依据物质中心密度大且物质中心间距离远这一特性,提出新的体数据分类方法,无需预设物质类别的数量,能够快速地实现较高准确度的分类. 《树比较可视化方法综述》对处理层次数据的树比较可视化方法进行了较为全面的分析和评估,探讨了不同方法对于不同数据分析需求的适用性,并展望了将来的发展. 《一种层次结构中多维属性的可视化方法》为具有层次结构且属性多维的复杂数据提出了有效且实用的可视表达方法,并已应用于全国各地区、各超市、各农产品中农药残留检出和超标情况侦测数据的可视化. 《面向层次化数据的变分圆形树图》提出了优化布局多个圆的快速计算方法,提高了圆形树图的空间利用率,并方便支持层次下行、层次上行与焦点+上下文等自然交互方式,有利于交互可视分析的实施. 《基于层次狄利克雷过程的交互式主题建模》对层次狄利克雷过程进行了改进,使其支持单词约束,由此可基于矩阵视图交互迭代地优化主题模型,提高文本数据分析的主题建模质量. 《基于维度扩展的Radviz可视化聚类分析方法》提出了基于数据概率分布的维度增加方法,提高了RadiViz这种径向投影型多维数据可视化方法的聚类表达效果. 其次,多篇论文探讨了可视化及可视分析在具体应用中的实施和系统构建,相关的应用领域包括气象分析、视频分析、文本阅读、移动日志、网络监控等. 《一种全球尺度三维大气数据可视化系统》完成了一个面向气象预报与气象研究需求的可视化分析系统,能够有效地处理具有时变、多源、多维度、数据量大和多尺度等特征的气象数据,流畅地全方位展现气象数据中的信息. 《运动目标三维轨迹可视化与关联分析方法》研究了视频数据中运动目标的跟踪分析,并进而探讨对象之间关联性获取的方法,以提高视频分析的效率. 《基于文本摘要及引用关系的可视辅助文献阅读》描述了一个基于文本摘要和引用关系的可视辅助文献阅读系统,以帮助读者快速找到最重要、最相关的文献,避免阅读过程中的迷失. 《基于移动终端日志数据的人群特征可视化》提出了移动终端日志数据的深度分析与相应的可视化展示方法,能够更加准确地概括出移动终端用户的特征. 《多视图合作的网络流量时序数据可视分析》提出了一个自顶向下的网络流量时序分析流程模型,并实现了一个多视图合作的网络流量时序数据可视分析原型系统,便于网络安全分析人员使用网络流量时序数据检测网络异常情况. 《一种模型驱动的可视化生成系统》给出了一种可视化描述语言,并由此提出一种模型驱动的可视化生成系统,能够实现所见即所得的可视化系统快速生成. 本专题主要面向数据处理、可视化及可视分析等相关领域的研究人员,反映了我国学者在可视化及可视分析等领域的最新研究进展.在此,我们要特别感谢《软件学报》编委会对本专题工作的指导和帮助,感谢编辑部各位老师从征稿启示发布、审稿专家邀请至评审意见汇总、论文定稿、修改及出版所付出的辛勤工作和汗水,感谢本专题评审专家及时、耐心、细致的评审工作.此外,我们还要感谢向本专题踊跃投稿的作者对《软件学报》的信任. 最后,感谢本专题的读者们,希望本专题能够对相关领域的研究工作有所帮助.