一種針對非連續(xù)層次數據的可視化方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息可視化領域，具體涉及一種基于ThemeRiver模型的非連續(xù)層次 數據的可視化方法和應用。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的飛速發(fā)展，各種社會生活問題也隨之暴露出來。大數據時代，現(xiàn)代化的 手段如數據挖掘，機器學習等，將數據分析技術與先進的信息可視化技術相結合，可幫助人 們掌握并分析領域內相關數據。
[0003] 大規(guī)模層次數據可視化是現(xiàn)今的一大熱點，通常情況下，此類數據同時還具有時 間屬性。如何在保持層次結構清晰展現(xiàn)的基礎上，將時變特征表現(xiàn)出來是現(xiàn)今的一大挑戰(zhàn)。 展示層次數據的可視化方法主要有結點-鏈接法和空間填充法。其中，結點-鏈接法主要 通過線段和結點連接的方式展現(xiàn)層次結構特性，優(yōu)點是展現(xiàn)層次關系清晰明了，但是空間 浪費嚴重。此外，當數量太大時，由于屏幕空間不足，十分容易出現(xiàn)結點重疊的現(xiàn)象?？臻g 填充法的典型代表是Treemap方法，Treemap能夠最大限度的利用空間，同時能夠通過面積 顯示數據的屬性值，但是在展現(xiàn)層次結構方面不如結點鏈接法直觀。無論是結點鏈接法還 是空間填充法，都很難在時間序列上合理的布局展示。
[0004] ThemeRiver模型是一種典型的處理時序數據的可視化的結構樣式，它能夠將得 到的大量時序數據集合在一起，按時間順序構造一個類似"河流"的可視化顯示方式，通過 河流的流動趨勢和涌流（current)的坡度可以反映主題強度信息隨時間的變化情況，這種 方式能夠解決大規(guī)模數據的時序特性，且無論主題如何變化，其走向總是清晰可見，一目了 然。但主題河流能夠展示的信息過于單一，通常無法展現(xiàn)數據的層次特性，難以展示具體細 節(jié)信息。因此，針對具有時間屬性的大規(guī)模層次數據，現(xiàn)有可視化方法難以實現(xiàn)同時表示數 據的層次結構和時序特征。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于ThemeRiver模型的非連續(xù) 層次數據的可視化方法，基于ThemeRiver模型和Treemap結點布局的方法，通過形成可利 用用戶交互方法來展示數據的層次特性和時序特征的主題河流圖對具有時變特性的大規(guī) 模非連續(xù)層次數據進行可視化，實現(xiàn)同時表示數據的層次結構和時序特征。
[0006] 本發(fā)明提供的技術方案是：
[0007] -種非連續(xù)層次數據的可視化方法，針對具有時變特性的非連續(xù)層次數據，基于 ThemeRiver模型和Treemap結點布局的方法，通過形成可利用用戶交互方法來展示數據的 層次特性和時序特征的主題河流圖進行可視化，包括如下步驟：
[0008] 1)針對η個具有層次屬性和時間特性的大規(guī)模數據集，進行預處理，執(zhí)行如下操 作：
[0009] 11)對每個數據集按時間跨度進行劃分處理，設總布局時間跨度為Τ ;時間粒度為 6;時間點為^，1￡(〇,2)，其中2 = 1/6，為時間段的數目；
[0010] 12)針對每個數據集，設定數據點個數門限值為K ;針對每個時間段中的數據點的 數目Μ，判斷Μ是否大于等于Κ ;若Μ小于Κ，則通過對不同年份的相同時間段的數據進行取 平均操作得到新數據，為該時間段添加新的數據點，直到Μ = Κ ;
[0011] 13)針對每個數據集，得到ζ個時間段的數據，分別記為V Α2、Α3……ΑΖ;Β ρ Β2、 Β3......Βζ;......;
[0012] 2)針對η個數據集，利用Themeriver主題河流的中心搖擺法，執(zhí)行如下操作：
[0013] 21)首先生成第一層次數據，作為河流的涌流數據線的縱坐標；包括如下步驟：
[0014] 211)計算得到η個數據集z個時間段的數據值ηι~η z，數據值ηι~η 2分別等于 每個數據集在相應時間段數據的加和；
[0015] 212)計算得到每一個時間段的初始點縱坐標，構成Themeriver主題河流的初始 線，具體地：
[0016] 計算第一個時間段的初始點縱坐標的公式為8?！?g+n 1;其中，g+g αι= 0 ;貝1J
[0017] 計算第二個時間段的初始點縱坐標為
[0018] 以此類推；
[0019] 對計算得到的所有時間段的初始點縱坐標數據進行圖像擬合，得到Themeriver 主題河流的初始線；
[0020] 213)針對每一個數據集，計算得到該數據集在每一個時間段的縱坐標，構成 Themeriver主題河流的一條涌流線；具體地，針對數據集A，利用步驟13)中得到的z個時 間段的數據ΑρΑ^?。籢......Αζ;ζ個時間段的縱坐標值分別為gQ,2+A 2;& 此類推；
[0021] 對計算得到的所有時間段的縱坐標值數據進行圖像擬合，得到該數據集相對應的 一條涌流線的數據；
[0022] 針對所有數據集，按照上述步驟計算得到所有數據集在每一個時間段的縱坐標， 構成Themeriver主題河流的η條涌流線；
[0023] 22)針對上述非連續(xù)層次數據集的第一層次數據之下層的第二層次數據，通過與 步驟21)相同的方法對數據進行處理和計算，得到所有層次數據集的第一層次數據所屬的 第二層次數據的數據線，構成第一層次數據相應的涌流下屬的子涌流線；
[0024] 23)逐層數據進行步驟21)相同的處理，直至得到所有層次的數據線；
[0025] 3)繪制主題河流圖，包括：
[0026] 31)將得到的初始線和η條涌流線繪制到屏幕上，構成第一層次的主題河流圖；
[0027] 繪制出的主題河流圖中，初始線到第一條涌流線之間的區(qū)域代表該涌流線相對應 的數據集；第一條涌流線到第二條涌流線之間的區(qū)域代表第二條涌流線相對應的數據集； 以此類推；每個區(qū)域用不同顏色區(qū)分；
[0028] 32)在第一層次的主題河流圖上，在每一個數據集相對應的區(qū)域，采用與步驟31) 相同方法，繪制該數據集對應的下一層次數據的初始線和子涌流線；構成具有多層次的主 題河流圖。
[0029] 針對上述針對非連續(xù)層次數據的可視化方法，進一步地，步驟3)所述繪制主題河 流圖，采用顏色差異較大的不同色系顯示不同涌流；涌流內部的子涌流采用相同色系不同 飽和度的顏色進行展示。
[0030] 針對上述針對非連續(xù)層次數據的可視化方法，進一步地，步驟32)所述子涌流通 過標簽進行展示，展示子涌流的標簽布局按照以下方法進行：
[0031] El. 1標簽顯示不能夠遮擋其他涌流；
[0032] E1. 2能夠明確表示顯示的標簽與該標簽展示子涌流所屬的涌流的關系，具體地， 在涌流較小的情況下，標簽可以直接分布在每個涌流層上面；當涌流過多時，通過交互操 作，通過鼠標滑動和點擊主題河流中的某一條涌流來彈出窗口顯示標簽信息。
[0033] 針對上述針對非連續(xù)層次數據的可視化方法，進一步地，通過交互操作方式繪制 主題河流圖，用戶點擊選取主題河流圖中的某個涌流，未點選的涌流顏色淡去，放大選取的 涌流進一步顯示該涌流內部的子涌流。
[0034] 針對上述針對非連續(xù)層次數據的可視化方法，進一步地，步驟進行圖像擬合包括 高斯模型圖像擬合和傅里葉模型圖像擬合。
[0035] 本發(fā)明同時提供一種應用，將上述針對非連續(xù)層次數據的可視化方法應用于農藥 殘留數據的展示，其特征是，把某區(qū)域內的多個地區(qū)各個省份的農藥檢測結果數據作為非 連續(xù)層次數據集，第一層次為地區(qū)，第二層次為地區(qū)包括的省份；根據時間跨度對非連續(xù)層 次數據集的數據點進行時間段劃分，記錄每個時間段中的數據點的個數；通過設置數據點 數目閾值對時間段內數據點個數小于所設置閾值補加