课程资料
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一、定义
什么是数据可视化
在科学可视化领域,数据可视化的作用主要是形象化的呈现,方便人们理解和查看。比如医学领域的扫描成像,可以大大提高医生探寻病因的效率。
呈现数据关系的信息可视化是我们见到最多的可视化方式,比如通过地理信息以及连线展现唐代人物的迁徙轨迹。
在计算机诞生之前,可视化都是静态作品,人们只能通过看来理解数据。随着计算机图形的发展,交互成为一个重要研究方向,可视化和图形交互的融合,产生了探索式数据分析。比如下面的数据分析工具Tableau的交互界面。
二、原理
2.1 数据可视化基本流程
第一步 : 数据处理( Abstract Data ) 只有满足特定结构的数据才能做对应的可视化展现,而且为了达到好的可视化效果也需要对数据进行清洗、转换等操作。
第二步 : 可视化设计与表达( Visualization Design) 根据数据特征选择合适的展现模式,在此基础上通过合理的使用视觉编码,来定义最终的可视化展现内容。
第三步:可视化渲染( Rendering and Display)
将定义好的图形转换成为图像,展现给观众。
第四步:可视化交互( Interactivity)
单一的可视化结果并不能满足用户的多方面诉求,用户往往借助交互方式,进一步了解细节或者对数据进行筛选、聚合、分面等,对数据进行多方面的探索。
三、案例
人们直接去分析多维数据,往往是非常困难的,借助可视化可以极大的提升效率。对多维数据进行可视化的方法也很多,这里简单介绍几种。
3.1 散点图 & 散点图矩阵
普通散点图可以通过大小、颜色和位置表达三个维度的数据,但是这对于更多维的数据来讲是远远不够的,于是诞生了散点图矩阵。
散点图矩阵中每个散点图表示两个维度之间的数据关系。我们看下面的例子(www.jiqizhixin.com/articles/20…
假设有如下图所示的数据:
每一行代表一个国家一年的观察数据,列代表变量(这种格式的数据被称作整洁数据,tidy data),其中有两个类别列(国家和洲)和四个数值列。这些列简单易懂:life_exp 是出生时的预期寿命,以年为单位,popis 是人口数量,gdp_per_cap 是人均 GDP(以国际元)为单位。只考虑数值类型属性之间的关系, 可生成如下的散点图矩阵:
散点图矩阵可以进一步扩展为普通的矩阵,如下图:
3.2 平行坐标轴
平行坐标轴方法中,数据的不同维度被显示为平行的坐标轴,数据元素被表示为一根折线。
这种方法适用于所有表格类型的数据,而且支持异构数据的展现。平行坐标轴方法也扩展出多种显示形式。
3.3 Glyph
Glyph 是可以同时使用多个视觉通道,例如 图形(shape)、颜色(colour)、文本(texture)、大小(size)、角度(orientation)、比例(aspect ratio)、曲率(curvature)的一种组合图元。同时每个glyph 可以单独被识别出来,为多场融合可视化提供了可能。
比如人脸图,可以通过五官要素对多个变量进行编码。
下图的是一个温度计组件。水银高度和温度计宽度可以用来展现两个变量。通常可以作为散点图的变种。
3.4 树(图)可视化
点线图
邻接图
通过可视化节点之间的相邻位置关系以展现树的拓扑结构,节点的大小,宽度,可以用来展现另外一个数据维度。
包含图
邻接矩阵