一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于信息可視化領(lǐng)域，具體涉及一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法，用于可視化關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)。本發(fā)明先用基于力導(dǎo)向的節(jié)點-鏈接樹和基于放射環(huán)的空間填充樹分別可視化相互獨立的兩個層次數(shù)據(jù)，然后通過直線將兩棵樹中具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點連接起來，形成一個雙關(guān)聯(lián)樹。為減少邊交叉和視覺混亂現(xiàn)象，通過路徑繞行的布局優(yōu)化算法，引入了隱形圈的概念，用三次貝塞爾曲線取代直線優(yōu)化關(guān)系邊。本發(fā)明提出的針對兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法，可同時展示兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)中的層次關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系，并有效減少視覺雜亂，幫助用戶查看數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，有助于進一步的數(shù)據(jù)分析。
【專利說明】一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息可視化領(lǐng)域，具體涉及一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法，用 于可視化關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)實工作和生活中，具有相互聯(lián)系的多個層次數(shù)據(jù)廣泛存在于食品安全、金融 信息和社會網(wǎng)絡(luò)等各領(lǐng)域中。
[0003] 層次數(shù)據(jù)是一組通過層次結(jié)構(gòu)關(guān)系互相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。
[0004] 兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)是指具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的兩個層次數(shù)據(jù)，包括：2個層次數(shù)據(jù)以及2 個層次數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息。
[0005] 如：在食品中農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)就是一個兩類層次數(shù)據(jù)。食品中農(nóng)藥殘留檢測數(shù) 據(jù)中含有地域和農(nóng)藥分類信息兩個層次數(shù)據(jù)，地域信息包括全國7個區(qū)域：華北、華東、華 南、華中、東北、西北和西南；區(qū)域下包含不同的?。皇∠掳?；市下包含區(qū)縣；區(qū)縣下包 含不同的超市，具有明顯的層次結(jié)構(gòu)。農(nóng)藥按照毒性程度可以分為4個類別：低毒、中毒、高 毒和劇毒；每種毒性下面又包含有多種農(nóng)藥，也具有層次結(jié)構(gòu)。不同超市的農(nóng)產(chǎn)品檢出農(nóng)藥 情況就是地域信息與農(nóng)藥信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如何對兩類層次數(shù)據(jù)及其隱含的相互關(guān)聯(lián) 關(guān)系進行可視化和可視分析是一個亟待解決的問題。
[0006] 迄今為止，針對單個層次數(shù)據(jù)的可視化方法，已取得大量成果，其主要技術(shù)包括節(jié) 點-鏈接法（Node-Link)和空間填充法（Space-Filling)兩大類。
[0007] 節(jié)點-鏈接法是外觀上最接近樹型結(jié)構(gòu)的層次數(shù)據(jù)可視化方法，該方法采用節(jié)點 表示樹型結(jié)構(gòu)中的信息單元，用連線表示樹型結(jié)構(gòu)中的父子關(guān)系，可以直觀的展示層次結(jié) 構(gòu)。常見的有樹（Tree),雙曲樹（Hyperbolic Browser),徑向樹（Radial Tree)等?？臻g 填充法的主要思想是將整個信息集合映射到一個區(qū)域，通過用矩形，正方形，扇形或是多 邊形等的嵌套填充來描述層次結(jié)構(gòu)。其中常見的方法有兩種：樹圖（Treemap)和放射環(huán) (Sunburst)〇
[0008] 此外，混合（Hybrid)布局算法在層次數(shù)據(jù)可視化方法中也逐漸發(fā)展起來，其主要 思想是將節(jié)點-鏈接、空間填充以及簡單的統(tǒng)計圖有效的結(jié)合起來，達到優(yōu)勢互補的效果。 Zhao S等人在2005年在文獻〈〈Elastic hierarchies:Combining treemaps and node-link diagrams》中提出將節(jié)點-鏈接和樹圖相結(jié)合，在有限的屏幕空間內(nèi)，允許用戶對樹中任 何一個節(jié)點進行節(jié)點-鏈接和樹圖之間的切換顯示，可以高效查看各節(jié)點的信息屬性，用 以幫助用戶更好的了解樹圖中所攜帶的信息。該方法保留了節(jié)點-鏈接對層次結(jié)構(gòu)和樹 圖對節(jié)點權(quán)值的高表現(xiàn)性。Huang M L等人在2009年在文獻《Treemapbar:Visualizing additional dimensions of data in bar chart》中將樹圖嵌入到柱狀圖中，當柱狀圖的 密度增加時，可以使用表透鏡（TableLens)技術(shù)查看特定區(qū)域的細節(jié)，優(yōu)化顯示空間的利 用率。2012年，Kobayashi A等人在文獻《Edge Equalized Treemaps》中利用樹圖和柱狀 圖的結(jié)合，將柱狀圖嵌入到樹圖中，柱狀圖的寬度相等。通過該方法，可以對數(shù)據(jù)進行比較。 對層次數(shù)據(jù)可視化的方法還有很多，但這些方法主要解決同一類層次數(shù)據(jù)的可視化和可視 分析問題，對兩類層次數(shù)據(jù)的可視分析問題較少涉及。
[0009] 因此，已公開的對層次數(shù)據(jù)進行可視化的方法并不能有效地解決兩類層次數(shù)據(jù)及 其關(guān)聯(lián)關(guān)系的可視分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明目的是提供一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法。本發(fā)明的基本思想是先 用基于力導(dǎo)向的節(jié)點-鏈接樹和基于放射環(huán)的空間填充樹分別可視化相互獨立的兩類層 次數(shù)據(jù)，然后通過直線將兩棵樹中具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點連接起來，形成一個雙關(guān)聯(lián)樹；為減 少邊交叉和視覺混亂現(xiàn)象，本發(fā)明通過路徑繞行的布局優(yōu)化算法，引入了隱形圈的概念，用 三次貝塞爾曲線取代直線優(yōu)化關(guān)系邊。
[0011] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0012] 一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法，所述兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)包括：2個層次數(shù) 據(jù)以及2個層次數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息，其特征在于：其具體操作步驟為：
[0013] 步驟一、用兩個多叉樹分別存儲待可視化的兩類層次數(shù)據(jù)中的兩個層次數(shù)據(jù)，兩 個多叉樹分別表示為多叉樹A和多叉樹B。所述多叉樹中的節(jié)點采用順序存儲結(jié)構(gòu)與鏈式 存儲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法，具體為：采用鏈式存儲結(jié)構(gòu)按照自頂向下的順序存儲每一層次中 的第一個節(jié)點；對于同一層次中的節(jié)點采用順序存儲結(jié)構(gòu)。
[0014] 步驟二、對步驟一中得到的多叉樹A采用放射環(huán)（sunburst)算法生成空間填充布 局（layout of space-filling) 〇
[0015] 步驟三、對步驟一中得到的多叉樹B采用力導(dǎo)向（force-direct)算法生成節(jié) 點-鏈接布局（layout of node-link)，并使節(jié)點-鏈接布局中的根節(jié)點位于步驟二中得到 的空間填充布局的根節(jié)點顯示區(qū)域的中心點（用符號〇表示）位置處，確保節(jié)點-鏈接布 局位于空間填充布局中的根節(jié)點顯示區(qū)域內(nèi)。
[0016] 步驟四、對兩類層次數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行可視化。具體為：
[0017] 步驟4. 1 :根據(jù)2個層次數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息，分別找到多叉樹A和多叉樹B 中有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點對，并在步驟三得到的視圖上將有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點對用直線段進行連 接，稱所述直線段為直線關(guān)系邊；多叉樹A和多叉樹B中有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點稱為關(guān)系節(jié)點。
[0018] 步驟4. 2 :重復(fù)步驟4. 1的操作，直至將2個層次數(shù)據(jù)之間的所有關(guān)聯(lián)關(guān)系信息均 用直線關(guān)系邊顯示在步驟三得到的視圖上，得到初步可視化結(jié)果。
[0019] 步驟五、對初步可視化結(jié)果進行路徑繞行處理，得到最終可視化結(jié)果。
[0020] 由于步驟4生成的初步可視化結(jié)果視覺雜亂較嚴重，因此對步驟4生成的初步可 視化結(jié)果進行路徑繞行處理。具體操作步驟為：
[0021] 步驟5. 1 :設(shè)置一個半徑為r，圓心位于點0的隱形圈，Γι < r < r2，其中，Γι是節(jié) 點-鏈接布局中距離根節(jié)點最遠的節(jié)點與根節(jié)點之間的距離；r 2是空間填充布局中根節(jié)點 顯示區(qū)域的半徑長度。
[0022] 步驟5. 2 :對步驟4生成的可視化結(jié)果中節(jié)點-鏈接布局中的所有關(guān)系節(jié)點依次 做以下處理，得到以當前關(guān)系節(jié)點為其中一個端點的直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形 圈內(nèi)部的路徑，具體為：
[0023] 首先，找到當前關(guān)系節(jié)點（用符號NA表示）的父節(jié)點（用符號NB表示）和節(jié)點 NB的父節(jié)點（用符號NC表示）；并計算通過節(jié)點NB和節(jié)點NC的直線的斜率，用符號kBC表 示。然后，過節(jié)點NA，做一條斜率為k B。的直線，該直線與步驟5. 1中所述隱形圈有2個交 點，分別計算節(jié)點NA到2個交點的距離，用符號D表示2個交點中距離節(jié)點NA近的交點。 最后，連接點NA和點D，線段NAD即為以當前關(guān)系節(jié)點為其中一個端點的直線關(guān)系邊經(jīng)過繞 行處理后，在隱形圈內(nèi)部的路徑。
[0024] 步驟5. 3 :對步驟4生成的可視化結(jié)果中節(jié)點-鏈接布局中的所有關(guān)系節(jié)點依次 做以下處理：
[0025] 首先，查看當前關(guān)系節(jié)點NA的直線關(guān)系邊的個數(shù)，然后對當前關(guān)系節(jié)點NA的每條 直線關(guān)系邊做以下處理，得到每條直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形圈外部的路徑，具體 為：
[0026] 步驟5. 3. 1 :當前關(guān)系節(jié)點NA的當前直線關(guān)系邊的兩個端點中，一個是點NA，另一 個用符號Sa表示；用直線連接節(jié)點D和節(jié)點Sa ;用符號W表示點D到點Sa的距離。
[0027] 步驟5. 3. 2 :如果W < 100,則直線段DSa即為當前直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在 隱形圈外部的路徑。
[0028] 步驟5. 3. 3 :如果W彡100,進行以下處理：
[0029] 步驟Al :對線段DSa六等分，用符號Pl表示從D點開始的第一等分點，用符號P2 表示從D點開始的第三等分點。將點P1和P 2作為3次貝塞爾曲線的2個控制點的初始位 置。
[0030] 步驟A2 :對3次貝塞爾曲線的2個控制點P1和P2沿與線段DSa垂直的方向進行 同方向移動，移動的距離用符號L'表示，其值可通過公式（1)計算得到；移動后的點分別用 P3和P4表示，點0到線段DSa的距離小于點0到線段P3P4的距離。

【權(quán)利要求】
1. 一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法，所述兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)包括：2個層次數(shù)據(jù) 以及2個層次數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息，其特征在于：其具體操作步驟為： 步驟一、用兩個多叉樹分別存儲待可視化的兩類層次數(shù)據(jù)中的兩個層次數(shù)據(jù)，兩個多 叉樹分別表示為多叉樹A和多叉樹B;所述多叉樹中的節(jié)點采用順序存儲結(jié)構(gòu)與鏈式存儲 結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法，具體為：采用鏈式存儲結(jié)構(gòu)按照自頂向下的順序存儲每一層次中的第 一個節(jié)點；對于同一層次中的節(jié)點采用順序存儲結(jié)構(gòu)； 步驟二、對步驟一中得到的多叉樹A采用放射環(huán)算法生成空間填充布局； 步驟三、對步驟一中得到的多叉樹B采用力導(dǎo)向算法生成節(jié)點-鏈接布局，并使節(jié) 點-鏈接布局中的根節(jié)點位于步驟二中得到的空間填充布局的根節(jié)點顯示區(qū)域的中心點〇 位置處，確保節(jié)點-鏈接布局位于空間填充布局中的根節(jié)點顯示區(qū)域內(nèi)； 步驟四、對兩類層次數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行可視化；具體為： 步驟4. 1 :根據(jù)2個層次數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系信息，分別找到多叉樹A和多叉樹B中有 關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點對，并在步驟三得到的視圖上將有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點對用直線段進行連接， 稱所述直線段為直線關(guān)系邊；多叉樹A和多叉樹B中有關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點稱為關(guān)系節(jié)點； 步驟4.2 :重復(fù)步驟4. 1的操作，直至將2個層次數(shù)據(jù)之間的所有關(guān)聯(lián)關(guān)系信息均用直 線關(guān)系邊顯示在步驟三得到的視圖上，得到初步可視化結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所示的一種兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)的可視化方法，其特征在于：其還包括 步驟五對初步可視化結(jié)果進行路徑繞行處理，得到最終可視化結(jié)果；具體操作步驟為： 步驟5. 1 :設(shè)置一個半徑為r，圓心位于點O的隱形圈，& <r<r2，其中，是節(jié)點-鏈 接布局中距離根節(jié)點最遠的節(jié)點與根節(jié)點之間的距離；r2是空間填充布局中根節(jié)點顯示區(qū) 域的半徑長度； 步驟5. 2 :對步驟4生成的可視化結(jié)果中節(jié)點-鏈接布局中的所有關(guān)系節(jié)點依次做以 下處理，得到以當前關(guān)系節(jié)點為其中一個端點的直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形圈內(nèi) 部的路徑，具體為： 首先，找到當前關(guān)系節(jié)點NA的父節(jié)點NB和節(jié)點NB的父節(jié)點NC;并計算通過節(jié)點NB和 節(jié)點NC的直線的斜率，用符號kB。表示；然后，過節(jié)點NA，做一條斜率為kB。的直線，該直線 與步驟5. 1中所述隱形圈有2個交點，分別計算節(jié)點NA到2個交點的距離，用符號D表示 2個交點中距離節(jié)點NA近的交點；最后，連接點NA和點D，線段NAD即為以當前關(guān)系節(jié)點為 其中一個端點的直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形圈內(nèi)部的路徑； 步驟5. 3 :對步驟4生成的可視化結(jié)果中節(jié)點-鏈接布局中的所有關(guān)系節(jié)點依次做以 下處理： 首先，查看當前關(guān)系節(jié)點NA的直線關(guān)系邊的個數(shù)，然后對當前關(guān)系節(jié)點NA的每條直線 關(guān)系邊做以下處理，得到每條直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形圈外部的路徑，具體為： 步驟5. 3. 1 :當前關(guān)系節(jié)點NA的當前直線關(guān)系邊的兩個端點中，一個是點NA，另一個用 符號Sa表示；用直線連接節(jié)點D和節(jié)點Sa;用符號W表示點D到點Sa的距離； 步驟5.3.2 :如果W< 100,則直線段DSa即為當前直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形 圈外部的路徑； 步驟5. 3. 3:如果W彡100,進行以下處理： 步驟Al:對線段DSa六等分，用符號Pl表示從D點開始的第一等分點，用符號P2表示 從D點開始的第三等分點；將點P1和P2作為3次貝塞爾曲線的2個控制點的初始位置； 步驟A2 :對3次貝塞爾曲線的2個控制點P1和P2沿與線段DSa垂直的方向進行同方 向移動，移動的距離用符號J表示，其值可通過公式（1)計算得到；移動后的點分別用己和 P4表示，點O到線段DSa的距離小于點O到線段P3P4的距離；
其中，L表示點O到線段DSa的距離； 步驟A3 :以D為初始位置，以點P3和P4為控制點，以Sa為終點做一條3次貝塞爾曲 線，得到當前直線關(guān)系邊經(jīng)過繞行處理后，在隱形圈外部的路徑； 經(jīng)過上述步驟的操作，即可完成路徑繞行處理，得到最終可視化結(jié)果。
【文檔編號】G06F17/30GK104462204SQ201410608209
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】陳誼, 張鑫躍, 馮玉超, 陳紅倩 申請人:北京工商大學(xué)