一種針對兩類層次數(shù)據(jù)的對比關(guān)聯(lián)可視分析方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息可視化領(lǐng)域，具體設(shè)及一種針對兩類層次數(shù)據(jù)的對比關(guān)聯(lián)可視分 析方法（對比關(guān)聯(lián)樹）和應(yīng)用，通過交互的手段直接展示兩類數(shù)據(jù)的不同層次數(shù)據(jù)的對比 和關(guān)聯(lián)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)實工作和生活中，具有相互聯(lián)系的多個層次結(jié)構(gòu)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，對兩個具有相同層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的進(jìn)行對比分析同樣是一個非 常重要的課題。
[0003] 2007年，YingTuandHan-Wei化en提出了一種能夠展現(xiàn)樹圖的變化的可視化方 法。該方法其實是兩個樹圖在不同的時間點(diǎn)的對比。他們提出了一個樹圖布局算法，運(yùn)個 算法可W減少布局突變并能夠產(chǎn)生一個持續(xù)的視覺模式。2008年，Danny化Iten等人提 出了一種新的可視化層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的方法，該方法主要是用于對比不同版本的軟件系統(tǒng)的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。2011年K.Dinkla等人提出了一種比較多個具有權(quán)重的層次結(jié)構(gòu)的可視 化方法，該可視化方法采用節(jié)點(diǎn)-鏈接樹，用熱力圖來顯示節(jié)點(diǎn)鏈接樹中的節(jié)點(diǎn)的各個子 節(jié)點(diǎn)的權(quán)重；該方法同時提供了交互手段，可W隱藏暫時不需要的節(jié)點(diǎn)，細(xì)覽需要查看的節(jié) 點(diǎn)。2011年SebastianBremm等人提出了一種基于交互的對多個樹進(jìn)行比較的可視分析方 法，該方法通過交互顯示和隱藏節(jié)點(diǎn)，W達(dá)到不但能查看全局概覽還能查看局部細(xì)節(jié)的目 的。2012年，JohnAlexisGuerra-G6mez等人提出了一系列交互式的可視化方法，他們利 用多視圖與交互的方式分別展現(xiàn)兩個年份的預(yù)算W及兩個年份預(yù)算的對比，用顏色W及顏 色的深淺來表示兩個年份預(yù)算變化的程度。
[0004] 綜合說來，針對單一類層次數(shù)據(jù)的可視化方法，主要包括節(jié)點(diǎn)-鏈接法 (Node-Link)和空間填充法（Space-Filling)兩大類。
[0005] 節(jié)點(diǎn)-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(diǎn) 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W直觀的展示層次結(jié) 構(gòu)。常見的方法有樹（Tree),雙曲樹（Hyperbolicbrowser)及徑向樹（RadialTree)等。 空間填充法的主要思想是將整個信息集合映射到一個區(qū)域，通過矩形，正方形，扇形或多邊 形等形狀進(jìn)行嵌套填充W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)。
[0006] 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(diǎn)-鏈接，空間填充W及簡單的統(tǒng)計圖有效的結(jié)合起來。Zhao等人在2005年提 出將節(jié)點(diǎn)-鏈接和樹圖相結(jié)合，允許用戶高效查看各節(jié)點(diǎn)的信息屬性，保留了節(jié)點(diǎn)-鏈接對 層次結(jié)構(gòu)及樹圖對節(jié)點(diǎn)權(quán)值的高表現(xiàn)性。
[0007] 現(xiàn)實世界存在著許多不僅包含層次關(guān)系，還包含關(guān)聯(lián)關(guān)系的復(fù)雜數(shù)據(jù)，針對運(yùn)類 數(shù)據(jù)集，利用現(xiàn)有的放射環(huán)算法對其進(jìn)行可視化還難W達(dá)到較好的效果。
[0008] 對于既有關(guān)聯(lián)關(guān)系又有層次關(guān)系的數(shù)據(jù)集，Danny化Iten等人于2006年提出了 一個名為層次邊綁定化ierarchicalEdgeBundles)的可視化方法，該層次綁定的方法減 少了視覺雜亂。在2005年之前，如何在一個項集格（itemsetlattice)中展現(xiàn)多個頻繁項 集是可視化頻繁項集和關(guān)聯(lián)規(guī)則的一個基礎(chǔ)性問題。另一個問題來自缺少呈現(xiàn)多對多關(guān)系 的視覺隱喻?；痶ra化umann等人2005年采用Arctrees展現(xiàn)層次數(shù)據(jù)中兩個樹之間的關(guān) 聯(lián)關(guān)系，但是，運(yùn)種基于樹圖的方法體現(xiàn)了樹圖的缺點(diǎn)，它并不能直觀地并清晰地展示樹的 層次關(guān)系，而運(yùn)恰恰是所重視的。GouL等人2011年采用化ee化tViz布局展現(xiàn)在一個樹 中不同層次的節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，它試圖展現(xiàn)的是屬于同一個父節(jié)點(diǎn)的兄弟節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián) 關(guān)系，但無法展現(xiàn)不屬于同一個父節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。2014年，Yi化en等人提出了一種 基于聚類排序的放射環(huán)算法（S0NHC)。運(yùn)個方法的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了放射環(huán)根節(jié)點(diǎn)的顯示 空間，缺點(diǎn)是當(dāng)放射環(huán)根節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)具有層次結(jié)構(gòu)或者數(shù)量過多時，會出現(xiàn)視覺雜亂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種針對兩類層次數(shù)據(jù)的對比關(guān)聯(lián)可 視分析方法，稱之為對比關(guān)聯(lián)樹，分別采用基于力導(dǎo)向的節(jié)點(diǎn)-鏈接樹和基于放射環(huán)的空 間填充樹來表示兩類層次數(shù)據(jù)，并通過交互的方式展示兩類數(shù)據(jù)的不同層次數(shù)據(jù)的對比和 關(guān)聯(lián)；該可視化方法可直觀有效展示具有相關(guān)聯(lián)關(guān)系的兩類層次數(shù)據(jù)，且可避免出現(xiàn)視覺 雜舌L。
[0010] 本發(fā)明的基本思想是：針對有相關(guān)聯(lián)關(guān)系的兩類層次數(shù)據(jù)，首先用基于力導(dǎo)向的 節(jié)點(diǎn)-鏈接樹表示第一類層次數(shù)據(jù)，用節(jié)點(diǎn)-鏈接關(guān)系來代表該類層次數(shù)據(jù)內(nèi)部的層次關(guān) 系（如：蔬菜與蔬菜子類間的層次關(guān)系），并將節(jié)點(diǎn)-鏈接樹的每個節(jié)點(diǎn)當(dāng)作一個餅圖，餅 圖可包括多個扇形部分，此多個部分隸屬于同一類，具有相同的層次結(jié)構(gòu)，因此可根據(jù)需求 對多個扇形部分所代表的數(shù)據(jù)差異進(jìn)行針對性的對比顯示（例如：針對同一農(nóng)產(chǎn)品類別 可比較北京市地區(qū)和天津市地區(qū)兩處相應(yīng)的農(nóng)藥種類檢出數(shù)量差異，此時一個餅圖則包括 兩個扇形部分）；同時，用節(jié)點(diǎn)扇形是否有邊來表示某特殊屬性信息（如：是否檢出超標(biāo)農(nóng) 藥）。其次，用基于放射環(huán)的空間填充樹來表示與第一類層次數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的第二類層次數(shù)據(jù) 信息；然后，采用交互的方式而非直線連接各節(jié)點(diǎn)的方法來針對地選擇特定節(jié)點(diǎn)扇形的關(guān) 聯(lián)層次數(shù)據(jù)信息（例如，農(nóng)產(chǎn)品類別與農(nóng)藥類別之間的檢出關(guān)系）來進(jìn)一步展示更具體的 信息。
[0011] 本發(fā)明待處理的有相關(guān)聯(lián)關(guān)系的兩類層次數(shù)據(jù)，指的是一組通過層次結(jié)構(gòu)關(guān)系互 相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。例如，食品中農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)包含農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)藥和地域等兩類W上的層次 數(shù)據(jù)。農(nóng)產(chǎn)品具有明顯的層次結(jié)構(gòu)，如：蔬菜大類包括葉菜類蔬菜、蕓臺屬類蔬菜等類別，葉 菜類蔬菜下屬也有大白菜、小白菜等蔬菜小類。而農(nóng)藥層次按照毒性程度也可W分為4個 類別：低毒、中毒、高毒和劇毒；每種毒性又包含有多種農(nóng)藥，也具有層次結(jié)構(gòu)。可見，農(nóng)產(chǎn) 品和農(nóng)藥運(yùn)兩類關(guān)聯(lián)層次數(shù)據(jù)是具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的兩種不同類的層次數(shù)據(jù)。同樣，地域?qū)哟?數(shù)據(jù)也會有不同的分類，也會具有其特有的層次結(jié)構(gòu)。農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥檢出關(guān)系就是農(nóng)產(chǎn)品 信息與農(nóng)藥信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。一般地，在農(nóng)藥殘留檢測數(shù)據(jù)中，不同檢測地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品 農(nóng)藥檢出狀況不同，在同一地區(qū)不同時間的農(nóng)藥檢出狀況也不同。
[0012] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0013] 一種針對兩類層次數(shù)據(jù)的對比關(guān)聯(lián)可視分析方法，稱之為對比關(guān)聯(lián)樹，分別采用 基于力導(dǎo)向的節(jié)點(diǎn)-鏈接樹和基于放射環(huán)的空間填充樹來表示兩類層次數(shù)據(jù)，并通過交互 的方式展示兩類數(shù)據(jù)的不同層次數(shù)據(jù)的對比和關(guān)聯(lián)，包括如下步驟：
[0014] 步驟一、用多叉樹A和B分別存儲待可視化的兩類層次數(shù)據(jù)I和II ;其中，第一類 層次數(shù)據(jù)集I包括兩個或兩個W上的層次數(shù)據(jù)集；多叉樹A包括多個多叉樹，分別存儲第一 類層次數(shù)據(jù)集I中的多個層次數(shù)據(jù)集；
[0015] 多叉樹A可包括多個多叉樹；當(dāng)?shù)谝活悓哟螖?shù)據(jù)集I中包括兩個層次數(shù)據(jù)集時，多 叉樹A包括多叉樹A1和多叉樹A2 ;當(dāng)?shù)谝活悓哟螖?shù)據(jù)集I中包括兩個W上層次數(shù)據(jù)集時， 多叉樹A包括相對應(yīng)數(shù)目的多叉樹，分別存儲第一類層次數(shù)據(jù)集I中包括的多個層次數(shù)據(jù) 集。
[0016] 步驟二、對步驟一中得到的第一類層次數(shù)據(jù)I進(jìn)行可視化，執(zhí)行如下操作：
[0017] 2a)針對多叉樹A，采用力導(dǎo)向（force-direct)算法生成節(jié)點(diǎn)-鏈接布局（layout ofnode-link);每一個節(jié)點(diǎn)代表多叉樹A所包括的多個多叉樹相對應(yīng)的同層次數(shù)據(jù)；
[0018] 本發(fā)明實施例中，多叉樹A包括多叉樹A1和多叉樹A2;針對多叉樹A1與A2,采用 力導(dǎo)向（force-direct)算法生成節(jié)點(diǎn)-鏈接布局（layoutofnode-link)，A1和A2屬同 一類層次數(shù)據(jù)I，因此A1和A2共用一個節(jié)點(diǎn)來表示，分別為該節(jié)點(diǎn)的兩個部分；
[0019] 2b)將每個節(jié)點(diǎn)均用餅圖表示；餅圖包括多個扇形分區(qū)，扇形分區(qū)的數(shù)目與多叉 樹A所包括的多叉樹的數(shù)目相同；
[0020] 本發(fā)明實施例中，多叉樹A包括兩個多叉樹A1和A2 ;相應(yīng)地，將餅圖劃為兩個分 區(qū)A1和A2,餅圖上各自占比分別代表A1與A2所代表屬性值的權(quán)重的占比；
[0021] 2c)用顏色來區(qū)分餅圖包括的多個扇形分區(qū)；
[0022] 比如，綠色的部分代表A1的權(quán)重，紅的部分代表A2的權(quán)重，全綠代表A1的權(quán)重為 100 %，全紅代表A1的權(quán)重為0 %。
[0023] 2d)代表每個節(jié)點(diǎn)的餅圖可通過扇形部分是否有弧邊來表示某種特殊屬性信息；
[0024]例如，在本發(fā)明實施例中，通過扇形部分是否有弧邊來表示所檢出的農(nóng)藥是否超 標(biāo)，即：如果在北京市某蔬菜中檢出了超標(biāo)的農(nóng)藥，則在節(jié)點(diǎn)扇形的相應(yīng)部分用弧邊來表 示；相應(yīng)地，沒有弧邊的扇形部分則表示在該類蔬菜中未在此部分所代表的地區(qū)檢出超標(biāo) 農(nóng)藥。
[00巧]步驟=、對第二類層次數(shù)據(jù)II進(jìn)行可視化處理和布局：
[0026]