《大數(shù)據(jù)導(dǎo)論》課件 第6章 數(shù)據(jù)可視化

第6章

數(shù)據(jù)可視化演講人2024/12/24本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)知識(shí)。了解常見的數(shù)據(jù)可視化工具和軟件。了解若干數(shù)據(jù)可視化工具的使用方法，并能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的編程。培養(yǎng)“用數(shù)據(jù)說(shuō)話，讓數(shù)據(jù)發(fā)聲”的理念，以及多角度看待問題和解決問題的能力。目錄6.1引言6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.3圖形元素和視覺通道6.4數(shù)據(jù)可視化的常用方法6.5數(shù)據(jù)可視化常用工具簡(jiǎn)介6.6本章小結(jié)6.1引言1.1什么是數(shù)據(jù)可視化所謂數(shù)據(jù)可視化，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像顯示，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它可以將枯燥的數(shù)據(jù)映射為形象生動(dòng)的圖形、符號(hào)、顏色和紋理等，提高數(shù)據(jù)識(shí)別效率，高效地傳遞有用信息。在人類文明的初期，特別是文字被創(chuàng)造并廣泛使用之前，人們是用圖形或符號(hào)來(lái)傳遞信息的。隨著文字的發(fā)明和使用，人類通過(guò)書寫來(lái)存儲(chǔ)和傳遞信息。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，數(shù)據(jù)的生成、存儲(chǔ)和傳遞格式得到解放，徹底改變了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和表示形式。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用，就是“讓數(shù)據(jù)說(shuō)話”。作為一種新的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式和信息媒介，數(shù)據(jù)可視化可以把復(fù)雜抽象的數(shù)據(jù)信息，以合適的視覺元素及視角呈現(xiàn)，方便大家理解、記憶和傳遞。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和體量大大增加，可視化和可視化分析可以有效地篩選與精練數(shù)據(jù)，利用圖形清晰有效地傳達(dá)與溝通信息，幫助人們更好地探索和理解復(fù)雜的數(shù)據(jù)，成為人們理解數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)知識(shí)和規(guī)律不可或缺的手段。6.1引言6.1.2數(shù)據(jù)可視化的若干案例1.斯諾的標(biāo)點(diǎn)地圖流行病學(xué)標(biāo)點(diǎn)地圖是指用標(biāo)點(diǎn)的方法將發(fā)病或死亡病例標(biāo)記在地圖上,以顯示疾病的地理分布,是地理流行病學(xué)研究中常用的地圖之一。1854年，倫敦暴發(fā)霍亂，10天內(nèi)奪去了500多人的生命。根據(jù)當(dāng)時(shí)流行的觀點(diǎn)，霍亂是經(jīng)空氣傳播的。但是約翰斯諾（JohnSnow）醫(yī)生并不相信這種說(shuō)法，他認(rèn)為霍亂是經(jīng)水傳播的。斯諾利用標(biāo)點(diǎn)地圖（見圖6-1）研究了當(dāng)?shù)氐乃植己突魜y患者分布之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在寬街一口水井的供水范圍內(nèi)霍亂的出現(xiàn)率明顯較高，最終憑借此線索找到該次霍亂爆發(fā)的原因：一個(gè)被污染的水泵。洞悉真相的斯諾趕緊通知政府關(guān)掉了那個(gè)水泵，疫情立馬就停了。6.1引言1.斯諾的標(biāo)點(diǎn)地圖圖6-11854年斯諾制作的倫敦霍亂標(biāo)點(diǎn)地圖6.1引言2.南丁格爾的玫瑰圖兼為護(hù)士和統(tǒng)計(jì)學(xué)家的弗羅倫斯南丁格爾，為了調(diào)查戰(zhàn)爭(zhēng)期間士兵死亡的真正原因。根據(jù)1854年4月—1856年3月期間士兵死亡的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出美麗的統(tǒng)計(jì)玫瑰圖（見圖6-2），形象地展示了士兵死亡的真正原因和戰(zhàn)地醫(yī)療救護(hù)的作用。這種圖表形式也被稱作“南丁格爾的玫瑰”，是一種圓形的直方圖，南丁格爾自己常稱這類圖為雞冠花圖，并且用以表達(dá)軍隊(duì)醫(yī)院季節(jié)性的死亡率，對(duì)象是那些不太能理解傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表的公務(wù)人員。她的方法打動(dòng)了當(dāng)時(shí)的高層，包括軍方人士和維多利亞女王本人，于是醫(yī)療改良的提案得到了支持。6.1引言2.南丁格爾的玫瑰圖這張圖描述了1854年4月—1856年3月期間士兵的死亡情況，左右兩張玫瑰圖被時(shí)間點(diǎn)“1855年3月”隔開，左右兩張玫瑰圖都包含了12個(gè)月的數(shù)據(jù)。右邊的玫瑰圖所示為1854年4月—1855年3月的士兵死亡情況，左邊的玫瑰圖所示為1855年4月—1856年3月的士兵死亡情況，圖6-2統(tǒng)計(jì)玫瑰圖6.1引言2.南丁格爾的玫瑰圖圖中用3種顏色表示3種不同的情況，藍(lán)色代表可預(yù)防和可緩解的疾病治療不及時(shí)造成的死亡，紅色代表戰(zhàn)場(chǎng)陣亡，黑色代表其他死亡原因。圖表各扇區(qū)角度相同，用半徑及扇區(qū)面積來(lái)表示死亡人數(shù)，可以清晰地看出每個(gè)月因各種原因死亡的人數(shù)。顯然，1854—1855年，因醫(yī)療條件而造成的死亡人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于戰(zhàn)死沙場(chǎng)的人數(shù)，這種情況直到1856年初才得到緩解。南丁格爾的這張圖表及其他圖表生動(dòng)有力地說(shuō)明了在戰(zhàn)地開展醫(yī)療救護(hù)和促進(jìn)傷兵醫(yī)療工作的必要性，打動(dòng)了當(dāng)局者，增加了戰(zhàn)地醫(yī)院，改善了軍隊(duì)醫(yī)院的條件，為挽救士兵生命做出了巨大的貢獻(xiàn)。6.1引言3.數(shù)據(jù)可視化大屏圖6-3所示為數(shù)據(jù)可視化大屏的示例，圖中展示了某個(gè)電商平臺(tái)的“數(shù)據(jù)可視化大屏”界面，通過(guò)這種“數(shù)據(jù)可視化大屏”，可以實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變化，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，幫助管理人員快速?zèng)Q策。隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，“數(shù)據(jù)可視化大屏”在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在政府、商業(yè)、金融、制造等行業(yè)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中。例如，作為傳遞信息的有效手段，“數(shù)據(jù)可視化大屏”在城市智能運(yùn)營(yíng)中心、應(yīng)急指揮中心、公安監(jiān)控中心、電力調(diào)度中心、金融交易大廳等部門和機(jī)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。它具有日常監(jiān)測(cè)、分析判斷、應(yīng)急指揮、匯報(bào)展示等多種功能，在提高科學(xué)管理水平方面發(fā)揮著重要作用。6.1引言3.數(shù)據(jù)可視化大屏圖6-3數(shù)據(jù)可視化大屏的示例6.1引言6.1.3數(shù)據(jù)可視化的作用在大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著數(shù)據(jù)量的快速增長(zhǎng)，以及數(shù)據(jù)復(fù)雜性的不斷增加，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、分析和挖掘的難度越來(lái)越大。數(shù)據(jù)可視化可以提供多種數(shù)據(jù)分析的圖形方法，直觀地傳達(dá)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的深入洞察。數(shù)據(jù)可視化方法，就是借助圖形化手段來(lái)表示枯燥的數(shù)，從而更清晰有效地傳達(dá)與溝通信息。一方面，它將枯燥的數(shù)據(jù)更形象、更生動(dòng)地進(jìn)行展示，以使數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)更加直觀，方便用戶查看；另一方面，它還是一種發(fā)現(xiàn)未知信息的處理過(guò)程，它讓用戶可以觀察、發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的規(guī)律和價(jià)值。數(shù)據(jù)可視化的作用可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面。（1）反映信息的模式、數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)或趨勢(shì)。（2）發(fā)現(xiàn)隱含在數(shù)據(jù)中的規(guī)律。（3）實(shí)現(xiàn)人與數(shù)據(jù)之間形象的信息傳遞。（4）幫助決策者直觀地觀察和分析數(shù)據(jù)。6.2數(shù)據(jù)可視化的案例【COVID-19數(shù)據(jù)集可視化分析】本案例對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)科學(xué)競(jìng)賽平臺(tái)Kaggle提供的COVID-19數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化分析。本案例的數(shù)據(jù)集是由Kaggle提供的COVID-19數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集（文件名為covid_19_data.csv）包含2020年1月22日—2021年5月30日全世界各個(gè)國(guó)家新冠肺炎疫情的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其格式如圖6-4所示，數(shù)據(jù)集包括8個(gè)字段：SNo、ObservationDate、Province/State、Country/Region、LastUpdate、Confirmed、Deaths、Recovered。其中Confirmed、Deaths和Recovered分別表示確診人數(shù)、死亡人數(shù)和治愈人數(shù)（單位：個(gè)）。6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.2.1數(shù)據(jù)集的簡(jiǎn)介圖6-4COVID-19數(shù)據(jù)集的格式6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.2.2發(fā)展趨勢(shì)圖為了觀察一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)，首先將數(shù)據(jù)按日期進(jìn)行匯總，形成如圖6-5所示的格式。其中，mortality%和recovery%分別表示死亡率和治愈率。圖6-5按日期匯總后的數(shù)據(jù)格式6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.2.2發(fā)展趨勢(shì)圖對(duì)圖6-5所示的數(shù)據(jù)按日期匯總，使用折線圖繪制發(fā)展趨勢(shì)圖，如圖6-6所示。圖中，橫軸表示日期，縱軸表示病例數(shù)量。從中可以看出，2020年1月—2021年5月，全球確診人數(shù)大幅上升，但與治愈人數(shù)相比，死亡人數(shù)很低。圖6-6發(fā)展趨勢(shì)圖6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.2.2發(fā)展趨勢(shì)圖圖6-7治愈率與死亡率趨勢(shì)圖接著用折線圖繪制2020年1月—2021年5月期間的治愈率和死亡率趨勢(shì)圖，如圖6-7所示。圖中，橫軸表示日期，縱軸表示百分比。從圖中可以看出，平均治愈率為51.15%，平均死亡率為3.4%。6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.2.3人數(shù)分布圖為了分析各個(gè)國(guó)家疫情數(shù)據(jù)的分布情況，對(duì)原始數(shù)據(jù)按國(guó)家進(jìn)行分組匯總，形成如圖6-8所示的數(shù)據(jù)格式。圖6-9按國(guó)家分組匯總的數(shù)據(jù)格式6.2數(shù)據(jù)可視化的案例6.2.3人數(shù)分布圖圖6-10用餅圖展示全球確診人數(shù)最多的10個(gè)國(guó)家的確診比例接著用餅圖展示2020年1月—2021年5月期間全球確診人數(shù)最多的10個(gè)國(guó)家的確診比例，如圖6-10所示。從中可以看出美國(guó)（US）、印度(India)和巴西（Brazil）的確診比例位列前三名。6.3圖形元素和視覺通道數(shù)據(jù)可視化任務(wù)是將數(shù)據(jù)中的變量對(duì)應(yīng)到圖形屬性的映射，常見的表現(xiàn)形式是用圖表構(gòu)建從數(shù)據(jù)到幾何標(biāo)記對(duì)象的圖形屬性映射，圖表中還可能包含數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)變換，最后將其繪制在某個(gè)特定的坐標(biāo)系中。圖形語(yǔ)法是數(shù)據(jù)可視化所使用的語(yǔ)法，是一種抽象級(jí)別較高的對(duì)圖表的描述方法。其基本思路是把圖表的主體看成數(shù)據(jù)和幾何圖形的視覺特征綁定的結(jié)果，并將其應(yīng)用于不同的坐標(biāo)系，通過(guò)這樣的方式將其組成不同的圖形類別。圖形語(yǔ)法由圖形元素、圖形屬性和映射三個(gè)要素組成。6.3圖形元素和視覺通道1.圖形元素圖6-10圖形元素圖形元素是在可視化過(guò)程中使用的幾何圖形，基本的圖形元素有點(diǎn)、線、面，這幾個(gè)基本的圖形元素，可以組成更多的圖形元素，如點(diǎn)線的連接、多邊形等，如圖6-10所示。6.3圖形元素和視覺通道2.圖形屬性圖形屬性也被稱為“視覺通道”，用于控制圖形元素的視覺特征。常用的視覺通道有：位置、大小、顏色、長(zhǎng)度、形狀、角度等，如圖6-11所示。圖6-11

常用的視覺通道6.3圖形元素和視覺通道3.映射數(shù)據(jù)到圖形屬性的映射，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是選擇什么圖形元素和視覺通道來(lái)表現(xiàn)某種類型的數(shù)據(jù)。最基本的數(shù)據(jù)類型可分為離散型和連續(xù)型兩類。（1）離散型數(shù)據(jù)可以用位置、顏色、形狀和圖案等來(lái)表現(xiàn)。（2）連續(xù)型數(shù)據(jù)可以用坐標(biāo)軸位置、長(zhǎng)度、角度和面積等來(lái)表現(xiàn)。

圖6-12所示為視覺通道表現(xiàn)力排序的示意圖，從上到下分別按照表現(xiàn)力從高到低遞減。圖6-12視覺通道表現(xiàn)力排序的示意圖6.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式接下來(lái)，我們用一個(gè)商品銷售數(shù)據(jù)的可視化圖表案例，更具體形象地展現(xiàn)圖形元素和視覺通道的表現(xiàn)方法?！景咐?-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式。現(xiàn)有如表6-1所示的某家超市商品銷售的示例數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括商品類別、年份和銷售額三個(gè)屬性。其中，商品類別和年份是表示類別的離散型數(shù)據(jù)（維度），銷售額是表示數(shù)值的連續(xù)型數(shù)據(jù)（指標(biāo)）。6.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式表6-1商品銷售的示例數(shù)據(jù)商品類別年份/年銷售額/萬(wàn)元日用品201930日用品202050日用品202160日用品202290零食201980零食202090零食2021130零食2022140生鮮201930生鮮202040生鮮202150生鮮2022506.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式接下來(lái)我們要用多種圖表形式，將本案例的數(shù)據(jù)映射到圖形元素和圖形屬性。（1）比較三種商品類別銷售額的可視化圖表，如圖6-13所示。圖6-13比較三種商品類別銷售額的可視化圖表

6.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式圖6-13（a）使用象形的圖形元素代表不同的“商品類別”，視覺通道選用不同的顏色代表各個(gè)類別的“銷售額”。圖6-13（b）使用圓形作為統(tǒng)一的圖形元素，視覺通道選用不同的顏色代表不同的“商品類別”，并以面積大小代表各個(gè)類別的“銷售額”。圖6-13（c）使用條形作為統(tǒng)一的圖形元素結(jié)合標(biāo)簽代表不同的“商品類別”，視覺通道選用長(zhǎng)度代表各個(gè)類別的“銷售額”。圖6-13（d）使用扇形作為統(tǒng)一的圖形元素，視覺通道選用不同的顏色代表不同的“商品類別”，角度代表“銷售額”。6.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式（2）

比較不同年份的銷售額的可視化圖表如圖6-14所示。圖6-14（a）使用柱狀圖，結(jié)合標(biāo)簽和顏色代表不同的“年份”，長(zhǎng)度代表“銷售額”。圖6-15（b）使用折線圖表現(xiàn)各年的銷售額，以及銷售額的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)圖6-14比較不同年份的銷售額的可視化圖表6.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式（3）綜合商品類別、年份和銷售額的可視化圖表，如圖6-15所示。圖6-15綜合商品類別、年份和銷售額的可視化圖表6.3圖形元素和視覺通道【案例6-1】商品銷售數(shù)據(jù)可視化圖表的表現(xiàn)形式圖6-15（a）使用折線圖，同時(shí)以不同顏色的線代表不同的“商品類別”。從效果上看，該圖表便于查看各個(gè)“商品類別”的銷售趨勢(shì)，以及對(duì)比各個(gè)“年份”的銷售表現(xiàn)。圖6-15（b）使用堆壘柱狀圖，按顏色分割成三個(gè)“商品類別”，柱形的高度表示“銷售額”。從效果上看，這幅圖便于進(jìn)行各個(gè)“年份”的“銷售額”合計(jì)對(duì)比，以及參看各個(gè)“年份”的“銷售額”是如何由“商品類別”構(gòu)成的。6.4數(shù)據(jù)可視化的常用方法6.4數(shù)據(jù)可視化的常用方法可視化的數(shù)據(jù)根據(jù)屬性或變量的類型可以分為數(shù)值型數(shù)據(jù)和類屬型數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)集的類型，可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如圖6-16所示。圖6-16可視化的數(shù)據(jù)類型針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)，有多種多樣的展現(xiàn)形式，可以將其歸納為趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可視化方法、對(duì)比型數(shù)據(jù)可視化方法、比例型數(shù)據(jù)可視化方法和關(guān)系型數(shù)據(jù)可視化方法等。6.4.1趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可視化方法趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可以使用散點(diǎn)圖、折線圖、階梯圖和時(shí)間序列圖等進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。1．散點(diǎn)圖散點(diǎn)圖使用數(shù)據(jù)值作為x軸和y軸坐標(biāo)來(lái)繪制點(diǎn)，即散點(diǎn)圖數(shù)據(jù)點(diǎn)(x,y)在直角坐標(biāo)系平面上的分布圖。在回歸分析中，可以選擇合適的函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，從而判斷兩個(gè)變量之間是否存在某種關(guān)聯(lián)或總結(jié)坐標(biāo)點(diǎn)的分布模式。散點(diǎn)圖將序列顯示為一組點(diǎn)，其值由點(diǎn)在圖表中的位置表示，散點(diǎn)圖的樣例如圖6-17所示。6.4.1趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可視化方法1.散點(diǎn)圖圖6-18

散點(diǎn)圖的樣例6.4.1趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可視化方法2.折線圖折線圖用線段順序連接空間中的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，折線圖與散點(diǎn)圖對(duì)比，其更突出表現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì)，而散點(diǎn)圖突出表現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布情況，前者不能做回歸分析，而后者可以。折線圖的樣例如圖6-18所示。圖6-19折線圖的樣例6.4.1趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可視化方法3.階梯圖階梯圖又稱瀑布圖，它用一種無(wú)規(guī)律、間歇型階躍的方式表達(dá)數(shù)值的變化，可以用于數(shù)據(jù)的變化和構(gòu)成情況的分析（如保險(xiǎn)產(chǎn)品、電價(jià)、水價(jià)等）中。階梯圖的樣例如圖6-19所示。圖6-19階梯圖樣例6.4.1趨勢(shì)型數(shù)據(jù)可視化方法4.時(shí)間序列圖時(shí)間序列圖用于顯示給定度量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，它是以時(shí)間為橫軸，以觀察變量為縱軸，用以反映時(shí)間與數(shù)量之間的關(guān)系，反映觀察變量變化發(fā)展的趨勢(shì)及偏差的統(tǒng)計(jì)圖。時(shí)間序列圖的樣例如圖6-20所示。

圖6-20時(shí)間序列圖的樣例6.4.2對(duì)比型數(shù)據(jù)可視化方法對(duì)比型數(shù)據(jù)可以使用柱狀圖、面積圖、雷達(dá)圖、氣泡圖等進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。1．柱狀圖柱狀圖是一種以長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度為變量的統(tǒng)計(jì)圖表，它使用垂直或水平的柱子顯示類別之間的數(shù)值關(guān)系，用于描述分類數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)每一個(gè)分類中的數(shù)據(jù)，柱狀圖的樣例如圖6-21所示。圖6-21柱狀圖的樣例6.4.2對(duì)比型數(shù)據(jù)可視化方法2.面積圖面積圖是在折線圖的基礎(chǔ)上形成的，它將折線圖中折線與坐標(biāo)軸之間的區(qū)域用顏色進(jìn)行填充，這個(gè)填充即我們所說(shuō)的面積，顏色的填充可以更好地突出趨勢(shì)信息，面積圖的樣例如圖6-22所示。圖6-22面積圖的樣例6.4.2對(duì)比型數(shù)據(jù)可視化方法3.雷達(dá)圖雷達(dá)圖，又稱網(wǎng)狀圖或星狀圖，它形似雷達(dá)界面，雷達(dá)圖用于同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析和對(duì)同一數(shù)據(jù)在不同時(shí)期的變化進(jìn)行分析，可以有效地表示數(shù)據(jù)的聚合值，也就是數(shù)據(jù)在各個(gè)方向上達(dá)到的峰值，雷達(dá)圖的樣例如圖6-23所示。圖6-23雷達(dá)圖的樣例6.4.2對(duì)比型數(shù)據(jù)可視化方法4.氣泡圖氣泡圖通常用于比較和展示不同類別之間的關(guān)系（如分析數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性），通過(guò)氣泡的位置及面積大小進(jìn)行比較，氣泡圖的樣例如圖6-24所示。圖6-24氣泡圖的樣例6.4.3比例型數(shù)據(jù)可視化方法比例型數(shù)據(jù)可以使用餅圖、堆壘柱狀圖和堆壘面積圖等進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。1．餅圖餅圖用于表示不同分類的占比情況，通過(guò)弧度大小來(lái)對(duì)比各種分類。餅圖為將一個(gè)圓餅按照分類的占比劃分成多個(gè)區(qū)塊，整個(gè)圓餅代表數(shù)據(jù)的總量，每個(gè)區(qū)塊代表該分類占總體的比例大小，所有區(qū)塊的和等于100%。餅圖的樣例如圖6-25所示。圖6-25餅圖的樣例6.4.3比例型數(shù)據(jù)可視化方法2.堆壘柱狀圖堆壘柱狀圖顯示單個(gè)項(xiàng)目與整體之間的關(guān)系，它表現(xiàn)各個(gè)類別的每個(gè)數(shù)值所占總數(shù)值的大小。堆壘柱狀圖以二維垂直堆積矩形顯示數(shù)值。當(dāng)有多個(gè)數(shù)據(jù)系列并且希望強(qiáng)調(diào)總數(shù)值時(shí)，可以使用堆壘柱狀圖。堆壘柱狀圖的樣例如圖6-26所示。圖6-26堆壘柱狀圖的樣例6.4.3比例型數(shù)據(jù)可視化方法3.堆壘面積圖堆疊面積圖將多個(gè)數(shù)據(jù)系列按順序疊加顯示，對(duì)每個(gè)區(qū)域以不同的顏色填充，適用于展示多個(gè)類別或者多個(gè)變量的累積量或者占比情況。堆壘面積圖的樣例如圖6-27所示。圖6-27堆壘面積圖的樣例6.4.4分布型數(shù)據(jù)可視化方法分布型數(shù)據(jù)可以使用直方圖、箱型圖、概率密度圖等進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。4.4分布型數(shù)據(jù)可視化方法1.直方圖直方圖又稱質(zhì)量分布圖，是一種統(tǒng)計(jì)報(bào)告圖，由一系列高度不等的縱向條紋或線段表示數(shù)據(jù)分布的情況，一般用橫軸表示數(shù)據(jù)類型，縱軸表示分布情況。直方圖是數(shù)值數(shù)據(jù)分布的精確圖形表示，為了構(gòu)建直方圖，需要將值的范圍均勻分段（分成多個(gè)箱），然后計(jì)算每個(gè)箱中有多少值，最后在坐標(biāo)軸上繪制每個(gè)箱中分布的值的數(shù)量。直方圖的樣例如圖6-28所示。圖6-29直方圖的樣例6.4.4分布型數(shù)據(jù)可視化方法2.箱形圖箱形圖又稱盒狀圖或箱線圖，是一種用來(lái)顯示一組數(shù)據(jù)分散情況的統(tǒng)計(jì)圖，因形狀如箱子而得名，在各種領(lǐng)域經(jīng)常被使用。箱形圖于1977年由美國(guó)著名統(tǒng)計(jì)學(xué)家約翰·圖基（JohnTukey）發(fā)明，它能顯示一組數(shù)據(jù)的最大值、最小值、中位數(shù)及第一、第三四分位數(shù)。箱形圖的樣例如圖6-29所示。圖6-29箱型圖的樣例6.4.4分布型數(shù)據(jù)可視化方法3．概率密度圖前面提到的直方圖、箱形圖都是離散型數(shù)據(jù)的分布圖，而概率密度圖則是連續(xù)型數(shù)據(jù)的分布圖，它指隨機(jī)變量落在其區(qū)間內(nèi)的概率，用色塊填充成陰影部分。概率密度圖是用概率密度曲線畫的，橫軸是連續(xù)型隨機(jī)變量x，縱軸是概率密度函數(shù)f(x)。圖6-30

概率密度圖的樣例6.4.5文本數(shù)據(jù)可視化方法logo對(duì)于文本數(shù)據(jù)可視化，最著名的是由美國(guó)西北大學(xué)新聞學(xué)副教授、新媒體專業(yè)主任里奇戈登（RichGordon）于2006年最先使用的“詞云”（也稱為標(biāo)簽云），它是通過(guò)形成“關(guān)鍵詞云層”或“關(guān)鍵詞渲染”，對(duì)網(wǎng)絡(luò)文本中出現(xiàn)頻率較高的“關(guān)鍵詞”在視覺上的突出。圖6-31詞云的示意圖6.4.5文本數(shù)據(jù)可視化方法圖6-31所示為以馬丁路德金的“IHaveaDream”一文為例生成的詞云，可以看出該文中有freedom、dream和negro等高頻率詞。目前，有許多流行的詞云生成工具，如Wordle、WordItOut、Tagxedo、WordArt、ToCloud和圖悅等。6.4.5文本數(shù)據(jù)可視化方法時(shí)序文本是指具有時(shí)間特性或順序特性的文本，例如一篇小說(shuō)故事情節(jié)的變化，或一個(gè)新聞事件隨時(shí)間的演化。主題河流圖可以將時(shí)序文本數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，它將主題的演變嵌入時(shí)間長(zhǎng)河中，如圖6-32所示。其橫軸表示時(shí)間，每一條不同顏色的線條可視作一條河流，每條河流表示一個(gè)主題，河流的寬度表示其在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)上的一個(gè)度量（如主題的強(qiáng)度）。這樣既可以在宏觀上看出多個(gè)主題的發(fā)展變化，又能看出在特定時(shí)間點(diǎn)上主題的分布。圖6-32

主題河流圖的樣例6.4.6關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化方法關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化的重要用途是揭示對(duì)象之間的復(fù)雜關(guān)系，具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如：疾病傳播分析、社交網(wǎng)絡(luò)分析（如社區(qū)發(fā)現(xiàn)）、科研人員的研究協(xié)作分析、路由器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、演員的協(xié)作關(guān)系分析等。6.4.6關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化方法1.力導(dǎo)向圖力導(dǎo)向圖是一種常用的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化工具，它能表示節(jié)點(diǎn)之間多對(duì)多的關(guān)系，可以根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)自動(dòng)完成很好的聚類，方便用戶看出節(jié)點(diǎn)之間的親疏關(guān)系，并且用節(jié)點(diǎn)的大小表示重要性。力導(dǎo)向圖的樣例如圖6-33所示。圖6-33力導(dǎo)向圖樣例6.4.6關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化方法1.力導(dǎo)向圖圖6-34所示為一張關(guān)于新冠肺炎疫情分析的力導(dǎo)向圖，其作用是溯源分析及理解疾病是怎樣傳播的。從圖中可以很明顯地看到1號(hào)、6號(hào)、35號(hào)、127號(hào)及130號(hào)病人作為超級(jí)傳播者，傳染了很多人。圖6-34關(guān)于疫情分析的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖示例6.4.6關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化方法2.?；鶊D桑基圖也稱為?；芰糠至鲌D或?；芰科胶鈭D，它是一種特定類型的流程圖，圖中延伸的分支的寬度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)流量的大小，因1898年馬修亨利菲尼亞斯里爾?；∕atthewHenryPhineasRiallSankey）繪制的蒸汽機(jī)的能源效率圖而聞名，此后便以他的名字將其命名為?；鶊D。?；鶊D主要由支點(diǎn)、邊和流量組成，其中節(jié)點(diǎn)代表不同的對(duì)象，邊代表流動(dòng)的數(shù)據(jù)，流量代表流動(dòng)數(shù)據(jù)的具體數(shù)值。邊的寬度與流量成比例地顯示，邊越寬，數(shù)值越大。桑基圖的樣例如圖6-35所示。6.4.6關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化方法2.桑基圖圖6-35?；鶊D的樣例6.4.7時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法時(shí)空數(shù)據(jù)是指具有時(shí)間元素并隨時(shí)間變化而變化的空間數(shù)據(jù)，是描述地球環(huán)境中地理要素信息的一種表達(dá)方式。時(shí)空數(shù)據(jù)的靜態(tài)可視化，通常是在二維地圖上疊加可以描述時(shí)間變化的要素，以此來(lái)描述時(shí)空數(shù)據(jù)與空間范圍內(nèi)的變化特征；時(shí)空數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)可視化可采用動(dòng)態(tài)地圖、三維GIS等多種手段展現(xiàn)時(shí)空數(shù)據(jù)，將時(shí)空數(shù)據(jù)在動(dòng)態(tài)變化的地圖或三維場(chǎng)景中呈現(xiàn)出來(lái)，可以直觀生動(dòng)地表示各種空間信息的變化過(guò)程。例如，可以以北京外賣配送的移動(dòng)軌跡與物流的起始點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探索一天中不同時(shí)段的外賣訂單量的地理分布。案例的數(shù)據(jù)提取自某個(gè)即時(shí)物流平臺(tái)，以訂單起始點(diǎn)在地理空間上形成的顯著聚合的27個(gè)地塊作為城市商業(yè)地塊，通過(guò)其不同時(shí)段的訂單活躍情況，解讀不同商業(yè)地塊的特點(diǎn)，觀察不同時(shí)段的訂單起始點(diǎn)在城市空間分布上的差異，并分辨出訂單起始點(diǎn)產(chǎn)生集聚的幾個(gè)典型地塊。6.4.8層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可視化方法層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表示對(duì)象之間的層次關(guān)系，可以被抽象為樹結(jié)構(gòu)，如社會(huì)關(guān)系中的從屬關(guān)系、事物的包含關(guān)系、組織結(jié)構(gòu)信息和邏輯承接關(guān)系等。層次數(shù)據(jù)可視化的要點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)中的層次關(guān)系進(jìn)行有效刻畫，其主要有兩種表現(xiàn)方法：節(jié)點(diǎn)鏈接法和空間填充法。6.4.8層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可視化方法1.節(jié)點(diǎn)鏈接法節(jié)點(diǎn)鏈接法將單個(gè)個(gè)體繪制成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的連線表示個(gè)體之間的層次關(guān)系，代表圖形有空間樹、圓錐樹、徑向樹、雙曲樹。圖6-36所示為節(jié)點(diǎn)鏈接法的樣例圖，左邊的子圖是徑向樹，這是一種環(huán)狀的樹圖，特點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)位于圓心，不同層次的節(jié)點(diǎn)被放置在半徑不同的同心圓上。右邊的子圖是圓錐樹，其是一種在三維空間中可視化層次數(shù)據(jù)的技術(shù)，結(jié)合了正交布局和徑向布局兩種思想。6.4.8層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可視化方法1.節(jié)點(diǎn)鏈接法（a）徑向樹

（b）圓錐樹圖6-37節(jié)點(diǎn)鏈接法的樣例圖4.8層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可視化方法2.空間填充法空間填充法用空間中的區(qū)域來(lái)表示數(shù)據(jù)中的個(gè)體，并用外側(cè)區(qū)域?qū)?nèi)層區(qū)域的包圍來(lái)表示層次關(guān)系。圖6-37所示為空間填充法的樣例圖，左邊的子圖是矩形樹圖，用矩形表示層次結(jié)構(gòu)里的節(jié)點(diǎn)，父子節(jié)點(diǎn)之間的層次關(guān)系用矩形之間的相互嵌套隱喻表示。右邊的子圖是旭日?qǐng)D，中心的圓表示根節(jié)點(diǎn)，各個(gè)層次用同心圓表示。6.4.8層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可視化方法2.空間填充法（a）矩形樹圖

（b）旭日?qǐng)D圖6-37空間填充法的樣例圖6.4.9高維數(shù)據(jù)可視化方法大數(shù)據(jù)的一個(gè)特性是維度高，如一個(gè)電商平臺(tái)中商品的信息就高達(dá)上百個(gè)維度。人類最直觀的是理解二維空間中的數(shù)據(jù)，因此高維數(shù)據(jù)可視化通常需要運(yùn)用降維方法，以二維或三維的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。常用的高維數(shù)據(jù)可視化方法包括：Andrews曲線、平行坐標(biāo)圖、Radviz圖等，還需要使用降維算法，如主成分分析（PrincipleComponentAnalysis，PCA）、線性判別式分析（LinearDifferentialAnalysis，LDA）和多維縮放（Multi-DimensionalScaling，MDS）等。6.4.9高維數(shù)據(jù)可視化方法1.Andrew曲線調(diào)和曲線圖由Andrews于1972年提出，因此又叫作Andrews統(tǒng)計(jì)圖或Andrews曲線，其是將高維數(shù)據(jù)以二維曲線展現(xiàn)的一種統(tǒng)計(jì)圖，常用于表示多元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。圖6-38所示為Andrew曲線的樣例，該圖將Iris數(shù)據(jù)集（鳶尾花數(shù)據(jù)集）中每個(gè)樣本的屬性值轉(zhuǎn)化為傅里葉序列的系數(shù)來(lái)創(chuàng)建二維曲線。圖6-38Andrew曲線的樣例6.4.9高維數(shù)據(jù)可視化方法2.平行坐標(biāo)圖平行坐標(biāo)圖將高維數(shù)據(jù)的各個(gè)變量用一系列相互平行的坐標(biāo)軸表示，并將不同變量的各個(gè)點(diǎn)連接成折線，以反映其變化趨勢(shì)和各個(gè)變量間的相互關(guān)系。平行坐標(biāo)圖的樣例如圖6-39所示。圖6-39平行坐標(biāo)圖的樣例6.5數(shù)據(jù)可視化常用工具簡(jiǎn)介6.5數(shù)據(jù)可視化常用工具簡(jiǎn)介在數(shù)據(jù)的可視化方面，如今有大量的工具可供選擇，根據(jù)它們的功能和用途，可以將其分為可視化編程工具、可視化報(bào)表工具、商業(yè)智能分析工具和大數(shù)據(jù)可視化大屏工具等。6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介FineBI是帆軟軟件有限公司推出的一款商業(yè)智能產(chǎn)品，它是一款定位于自助大數(shù)據(jù)分析的BI工具，能夠幫助企業(yè)的業(yè)務(wù)人員和數(shù)據(jù)分析師，開展以問題為導(dǎo)向的探索式分析。FineBI提供面向教育的免費(fèi)版本（功能有所限制），可以用學(xué)生或教師的身份下載和注冊(cè)軟件，并獲得永久使用的注冊(cè)碼。6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介1.FinBI的功能與特點(diǎn)FinBI的結(jié)構(gòu)圖由數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和展示層組成，如圖6-40所示。其中數(shù)據(jù)層用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)源；應(yīng)用層用于設(shè)計(jì)儀表板；展示層讓普通用戶在前端通過(guò)可視化展示和可視化分享來(lái)編輯和查看儀表板。FineBI擁有四大核心功能，分別為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享，如圖6-41所示。6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介1.FinBI的功能與特點(diǎn)圖6-40

FineBI的結(jié)構(gòu)圖圖6-41

FineBI的四大核心功能6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介2.簡(jiǎn)單的FineBI使用案例本節(jié)我們將一家超市銷售數(shù)據(jù)的可視化分析作為示例，介紹FineBI的基本功能與使用方法。1)案例背景和數(shù)據(jù)介紹該案例使用的數(shù)據(jù)是以Excel表格形式存儲(chǔ)的銷售數(shù)據(jù)，，該表的格式如圖6-42所示。圖6-42超市銷售數(shù)據(jù)的格式6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介1)案例背景和數(shù)據(jù)介紹本案例關(guān)于一家超市的銷售數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，通過(guò)銷售數(shù)據(jù)表的可視化分析，可以達(dá)到以下目的。（1）使用柱狀圖，比較超市中不同商品類別的銷售額。（2）使用折線圖，觀察不同月份各類商品銷售額的變化趨勢(shì)。該超市銷售數(shù)據(jù)表的字段有13個(gè)：日期、城市、單據(jù)編碼、門店編碼、門店名稱、商品編碼、商品類別、商品名稱、省份、成本額、毛利額、數(shù)量和銷售額。6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介2)連接到數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)都存在業(yè)務(wù)包中，所以需要先新增業(yè)務(wù)包。首先，在FineBI的主界面中單擊“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”按鈕，然后單擊“新建分析主題”，添加一個(gè)名為“超市業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)”的分析主題。添加完分析主題后，編輯該分析主題，然后進(jìn)行添加本地Excel文件操作，選擇“FineBI超市銷售數(shù)據(jù)表”文件，單擊“快速上傳”按鈕，最后單擊“確定”按鈕完成。超市銷售數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備界面示意圖如圖6-43所示。圖6-43超市銷售數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備界面示意圖6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介3)創(chuàng)建組件和可視化數(shù)據(jù)FineBI提供了豐富的圖表，按照自己的需求選擇對(duì)應(yīng)的圖表進(jìn)行制作，圖表分成幾個(gè)大類，分別為比較類、占比類、趨勢(shì)類、關(guān)聯(lián)類、分布類，用戶可根據(jù)自己的目的選擇適合的圖表。FineBI的圖表類型如表6-3所示。

表6-3FineBI的圖表類型使用圖表的目的適合的圖表類型進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比柱狀圖、對(duì)比柱狀圖、分組柱狀圖、堆積柱狀圖、分區(qū)折線圖、雷達(dá)圖、詞云、聚合氣泡圖、玫瑰圖顯示數(shù)據(jù)比例餅圖、矩形塊圖、百分比堆積柱狀圖、多層餅圖、儀表盤觀察數(shù)據(jù)趨勢(shì)折線圖、范圍面積圖、面積圖、散點(diǎn)圖、瀑布圖查看數(shù)據(jù)分布散點(diǎn)圖、地圖、熱力區(qū)域圖、漏斗圖6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介3)創(chuàng)建組件和可視化數(shù)據(jù)圖6-44各類商品的銷售額柱狀圖在“超市數(shù)據(jù)”分析主題中新建一個(gè)數(shù)據(jù)可視化組件，在組件儀表板界面中（見圖6-44），標(biāo)稱（名詞）型字段會(huì)自動(dòng)被歸于“維度”類別（字段名前有T標(biāo)志），數(shù)值型字段會(huì)被自動(dòng)歸于“指標(biāo)”類別（字段名前有#標(biāo)志）。分別將“商品類別”字段拖入“橫軸”文本框，將“銷售額”字段拖入“縱軸”文本框，將“商品類別”字段拖入“顏色”文本框，將“銷售額”字段拖入“標(biāo)簽”文本框，則會(huì)顯示如圖6-44所示的各類商品的銷售額柱狀圖，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化，我們可以對(duì)比各類商品的銷售額。6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介3)創(chuàng)建組件和可視化數(shù)據(jù)我們還可以用餅圖來(lái)對(duì)比各類商品的銷售額占比，如圖6-45所示。圖6-45各類商品的銷售額占比餅圖6.5.1FineBI數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介3)創(chuàng)建組件和可視化數(shù)據(jù)圖6-46不同月份各類商品銷售額的變化趨勢(shì)折線圖接下來(lái)，創(chuàng)建折線圖分析組件來(lái)觀察不同月份各類商品銷售額的變化趨勢(shì)。首先設(shè)置圖表類型為折線圖；然后將“日期”字段拖入“橫軸”文本框并將值設(shè)置為“年月”，將“銷售額”字段拖入“縱軸”文本框；最后將“日期”字段拖入“顏色”文本框，將“商品類別”和“銷售額”字段拖入“標(biāo)簽”文本框。不同月份各類商品銷售額的變化趨勢(shì)折線圖如圖6-46所示，從中可以觀察不同月份各類商品銷售額的變化趨勢(shì)。6.5.2Tableau數(shù)據(jù)可視化工具簡(jiǎn)介Tableau是一款商業(yè)智能分析和數(shù)據(jù)可視化工具，致力于幫助人們查看并理解自己的數(shù)據(jù)。它來(lái)源于2003年斯坦福大學(xué)的一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)項(xiàng)