數(shù)據(jù)可視化的基本概述以及幾個(gè)工具的推薦

據(jù)可視化的基本概述以及幾個(gè)工具的推薦科學(xué)可視化(ScientificVisualization)、信息可視化(InformationVisualization)和可視分析學(xué)(VisualAnalytics)三個(gè)學(xué)科方向通常被看成可視化的三個(gè)主要分支。而將這三個(gè)分支整合在一起形成的新學(xué)科“數(shù)據(jù)可視化”，這是可視化研究領(lǐng)域的新起點(diǎn)。一—《數(shù)據(jù)可視化》廣義的數(shù)據(jù)可視化涉及信息技術(shù)、自然科學(xué)、統(tǒng)計(jì)分析、圖形學(xué)、交互、地理信息等多種學(xué)科。自然科學(xué)信息技術(shù) 統(tǒng)計(jì)分析地理信息數(shù)據(jù)可視牝圖形學(xué)數(shù)據(jù)可視牝圖形學(xué)感知與認(rèn)知

科學(xué)交互感知與認(rèn)知

科學(xué)敎據(jù)管理和知識(shí)表達(dá)科學(xué)可視化科學(xué)可視化(ScientificVisualization)是科學(xué)之中的一個(gè)跨學(xué)科研究與應(yīng)用領(lǐng)域，主要關(guān)注三維現(xiàn)象的可視化，如建筑學(xué)、氣象學(xué)、醫(yī)學(xué)或生物學(xué)方面的各種系統(tǒng)，重點(diǎn)在于對(duì)體、面以及光源等等的逼真渲染?？茖W(xué)可視化是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)子集，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一

個(gè)分支?？茖W(xué)可視化的目的是以圖形方式說(shuō)明科學(xué)數(shù)據(jù)，使科學(xué)家能夠從數(shù)據(jù)中了解、說(shuō)明和收集規(guī)律。信息可視化ZCISNhb-25ZCISNM&-&O信息可視化ZCISNhb-25ZCISNM&-&O信息可視化(InformationVisualization)是研究抽象數(shù)據(jù)的交互式視覺(jué)表示以加強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)知。抽象數(shù)據(jù)包括數(shù)字和非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如地理信息與文本。信息可視化與科學(xué)可視化有所不同：科學(xué)可視化處理的數(shù)據(jù)具有天然幾何結(jié)構(gòu)(如磁感線(xiàn)、流體分布等)，信息可視化處理的數(shù)據(jù)具有抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。柱狀圖、趨勢(shì)圖、流程圖、樹(shù)狀圖等，都屬于信息可視化，這些圖形的設(shè)計(jì)都將抽象的概念轉(zhuǎn)化成為可視化

◎AT-n可視化分析可視分析學(xué)（VisualAnalytics）是隨著科學(xué)可視化和信息可視化發(fā)展而形成的新領(lǐng)域，重點(diǎn)是通過(guò)交互式視覺(jué)界面進(jìn)行分析推理。2.a.gteek 電troman t蘭g|L±J科學(xué)可視化、信息可視化與可視分析學(xué)三者有一些重疊的目標(biāo)和技術(shù)，這些領(lǐng)域之間的邊界尚未有明確共識(shí)，初略來(lái)說(shuō)有以下區(qū)分:?科學(xué)可視化處理具有自然幾何結(jié)構(gòu)（磁場(chǎng)、MRI數(shù)據(jù)、洋流）的數(shù)據(jù)。?信息可視化處理抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如樹(shù)或圖形。?可視分析學(xué)將交互式視覺(jué)表示與基礎(chǔ)分析過(guò)程（統(tǒng)計(jì)過(guò)程、數(shù)據(jù)

挖掘技術(shù)）結(jié)合，能有效執(zhí)行高級(jí)別、復(fù)雜的活動(dòng)（推理、決策）。為什么需要數(shù)據(jù)可視化人類(lèi)利用視覺(jué)獲取的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他器官人類(lèi)的眼睛是一對(duì)高帶寬巨量視覺(jué)信號(hào)輸入的并行處理器，擁有超強(qiáng)模式識(shí)別能力，配合超過(guò)50%功能用于視覺(jué)感知相關(guān)處理的大腦，使得人類(lèi)通過(guò)視覺(jué)獲取數(shù)據(jù)比任何其他形式的獲取方式更好，大量視覺(jué)信息在潛意識(shí)階段就被處理完成，人類(lèi)對(duì)圖像的處理速度比文本快6萬(wàn)倍。數(shù)據(jù)可視化正是利用人類(lèi)天生技能來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理和組織效率?？梢暬梢詭椭覀兲幚砀訌?fù)雜的信息并增強(qiáng)記憶大多數(shù)人對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)了解甚少，基本統(tǒng)計(jì)方法（平均值、中位數(shù)、范圍等）并不符合人類(lèi)的認(rèn)知天性。最著名的一個(gè)例子是Anscombe的四重奏，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法看數(shù)據(jù)很難看出規(guī)律，但一可視化出來(lái)，規(guī)律就非常清楚。XVXyXyXy108.04109.14107.4686+5886.9588J486.77857613138741312.7487.7198.8198.77988.84118.33119.26117.8188,47149.96148.10148.8487,0467.2466.1366.08852544,2643,1045.39191251210.84129.13128.1585.5674.8277.2676.4287.9155,68547455,7386,89II ill IVaII ill IVb ?可視化還可以有效增強(qiáng)人的記憶力，我們經(jīng)常說(shuō)的一圖勝千言就是可視化對(duì)生活的影響。如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化

可視化實(shí)現(xiàn)流程在技術(shù)上，數(shù)據(jù)可視化最簡(jiǎn)單的理解，就是數(shù)據(jù)空間到圖形空間的映射。數(shù)據(jù)空間到圖形空間的映射關(guān)拄駛據(jù)數(shù)據(jù)空間到圖形空間的映射關(guān)拄駛據(jù)—個(gè)經(jīng)典的可視化實(shí)現(xiàn)流程，是先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工過(guò)濾，轉(zhuǎn)變成視覺(jué)可表達(dá)的形式(VisualForm)，然后再渲染成用戶(hù)可見(jiàn)的視圖(View)。DataVisualFormHltemgrenderingLayoiMUlConlwb可視化技術(shù)棧AtreiractData8一DataVisualFormHltemgrenderingLayoiMUlConlwb可視化技術(shù)棧AtreiractData8一user具備專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的數(shù)據(jù)可視化工程師一般來(lái)說(shuō)需要掌握以下技術(shù)棧:?基礎(chǔ)數(shù)學(xué)：三角函數(shù)、線(xiàn)性代數(shù)、幾何算法?圖形相關(guān)：canvas、svg、webgl、計(jì)算圖形學(xué)、圖論?工程算法：基礎(chǔ)算法、統(tǒng)計(jì)算法、常用的布局算法?數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)清洗、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)建模?設(shè)計(jì)美學(xué)：設(shè)計(jì)原則、美學(xué)評(píng)判、顏色、交互、認(rèn)知?可視化基礎(chǔ)：可視化編碼、可視分析、圖形交互

可視化解決方案：圖表的正確使用、常見(jiàn)的業(yè)務(wù)的可視化場(chǎng)景常用的數(shù)據(jù)可視化工具在學(xué)術(shù)界與工程界，數(shù)據(jù)可視化工具都非常之多，學(xué)術(shù)界用得比較多的是R語(yǔ)言,ggplot2,Python可視化庫(kù)等，普通用戶(hù)喜聞樂(lè)見(jiàn)的是Excel，商業(yè)上的產(chǎn)品是Tableau,DOMO,PowerBI等等，是個(gè)精彩紛呈的世界。這里有常用的25個(gè)數(shù)據(jù)可視化工具對(duì)比，沒(méi)有完美的可視化工具，每個(gè)工具都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。下面是一張工具選擇推薦圖，根據(jù)目的分類(lèi)，左上是簡(jiǎn)單快捷，左下是故事導(dǎo)向，右上是為了分享分析，右側(cè)是創(chuàng)新型圖表，右下是分析型工具。VEGACHARTSFORANALYSISYOUSHOULDPUBLISHLTRA03W&E6DXPROCESSWC；GGVISTABLEAUBOKEHSEABORN”GGPL0T2MATPLOTLIBGOOGLESHEETSEXCELVEGACHARTSFORANALYSISYOUSHOULDPUBLISHLTRA03W&E6DXPROCESSWC；GGVISTABLEAUBOKEHSEABORN”GGPL0T2MATPLOTLIBGOOGLESHEETSEXCEL吧1茫、 ILLUSTRATOHcomvSVEGA-LITEchartsEASYCHARTPLOTLYHIGHGHAHTS時(shí)茁rtlGHCHMfiTSCLOUDINNVCVATIVEOUT$IDt-OF-THE*B0KCHAATSQUADR1GRAMCHARTSASPARTOFSTORYTELLING我們常常聽(tīng)說(shuō)的數(shù)據(jù)可視化數(shù)據(jù)可視化(DataVisualization)和信息可視化(InformationVisualization)是兩個(gè)相近的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域名詞。狹義上的數(shù)據(jù)可視化指的是將數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)圖表方式呈現(xiàn)，而信息可視化則是將非數(shù)字的信息進(jìn)行可視化。前者用于傳遞信息，后者用于表現(xiàn)抽象或復(fù)雜的概念、技術(shù)和信息。而廣義上的數(shù)據(jù)可視化則是數(shù)據(jù)可視化、信息可視化以及科學(xué)可視化等等多個(gè)領(lǐng)域的統(tǒng)稱(chēng)。一一《數(shù)據(jù)可視化之美》我們常常聽(tīng)說(shuō)的數(shù)據(jù)可視化大多指狹義的數(shù)據(jù)可視化以及部分信息可視化。根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型和性質(zhì)的差異，經(jīng)常分為以下幾種類(lèi)型：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化：用于對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、分析。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一般都是以數(shù)據(jù)庫(kù)表的形式提供，常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)可視化類(lèi)庫(kù)有HighCharts、ECharts、G2、Chart.js等等，都是用于展示、分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。關(guān)系數(shù)據(jù)可視化：主要表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)和邊的關(guān)系，比如流程圖、網(wǎng)絡(luò)圖、UML圖、力導(dǎo)圖等。常見(jiàn)的關(guān)系可視化類(lèi)庫(kù)有mxGraph、JointJS、GoJS、G6等。地理空間數(shù)據(jù)可視化：地理空間通常特指真實(shí)的人類(lèi)生活空間，地理空間數(shù)據(jù)描述了一個(gè)對(duì)象在空間中的位置。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，移動(dòng)設(shè)備和傳感器的廣泛使用使得每時(shí)每刻都產(chǎn)生著海量的地理空間數(shù)據(jù)。常見(jiàn)類(lèi)庫(kù)如Leaflet、Turf、Polymaps等等，最近Uber開(kāi)源的deck.gl也屬于此類(lèi)。還有時(shí)間序列數(shù)據(jù)可視化(如timeline)、文本數(shù)據(jù)可視化(如worldcloud)等等?；赪eb的可視化技術(shù)在講各種流行類(lèi)庫(kù)框架前，我們先了解下Web圖形的底層技術(shù)規(guī)范。底層技術(shù)規(guī)范SVG:可縮放矢量圖形(ScalableVectorGraphics)，是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言的子集)用于描述二維矢量圖形的一種圖形格式。Canvas2D:Canvas通過(guò)JavaScript來(lái)繪制2D圖形，通過(guò)逐像素來(lái)進(jìn)行渲染。Canvas3DWebGL:WebGL(WebGraphicLibrary)是—個(gè)JavaScriptAPI，用于在任何兼容的Web瀏覽器中渲染3D圖形。WebGL程序由用JavaScript編寫(xiě)的控制代碼和用OpenGL著色語(yǔ)言(GLSL)編寫(xiě)的著色器代碼構(gòu)成，這種語(yǔ)言類(lèi)似于C或C++,可在GPU上執(zhí)行。比較流行的基礎(chǔ)繪圖庫(kù)，基于SVG的有snap.svg、rapheal.js等，基于Canvas2D的有zrender、g等，基于WebGL的有three.js、SeeneJS、PhiloGL等，這些基礎(chǔ)繪圖庫(kù)可以讓上層封裝更簡(jiǎn)單容易。我們重點(diǎn)回到基于Web技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化類(lèi)庫(kù)。D3D3.js是一個(gè)基于數(shù)據(jù)操作文檔的JavaScript庫(kù)。D3可以將強(qiáng)大的可視化組件和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的DOM操作方法完美結(jié)合。D3的優(yōu)劣：?強(qiáng)大的SVG操作能力，可以非常容易的將數(shù)據(jù)映射為SVG屬性?集成了大量數(shù)據(jù)處理、布局算法和計(jì)算圖形的工具方法?強(qiáng)大的社區(qū)和豐富的demoAPI太底層，復(fù)用性低，學(xué)習(xí)與使用成本高D3沒(méi)有提供封裝好的組件，在復(fù)用性、易用性方面不佳，社區(qū)里有很多基于D3的可視化組件庫(kù)：.nvd3.js:基于D3封裝了常見(jiàn)的折線(xiàn)圖、散點(diǎn)圖、餅圖，功能比較簡(jiǎn)單de.js:除了提供了常見(jiàn)的圖表外還提供了一些數(shù)據(jù)處理能力e3.js:—個(gè)輕量級(jí)的基于狀態(tài)管理的圖表庫(kù)D3有著Stanford的血脈淵源，在學(xué)術(shù)界享有很高聲譽(yù)，靈活強(qiáng)大使得它成為目前領(lǐng)域內(nèi)使用最廣泛的可視化類(lèi)庫(kù)，但偏底層的API和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式，使得上手D3存在一定門(mén)檻，基于D3的工程實(shí)現(xiàn)上需要自己考慮和處理更多內(nèi)容，如動(dòng)畫(huà)、交互、統(tǒng)一樣式等，研發(fā)成本較高。HighChartsHighCharts是一個(gè)用純JavaScript編寫(xiě)的圖表庫(kù)，能夠簡(jiǎn)單便捷的在Web應(yīng)用上添加交互性圖表。這是在Web上使用最廣泛的圖表，企業(yè)使用需要購(gòu)買(mǎi)商業(yè)授權(quán)。HighCharts的優(yōu)劣：?使用門(mén)檻極低，兼容性好?使用廣泛，非常成熟?樣式比較陳舊、圖表難以擴(kuò)展?商業(yè)上使用需要購(gòu)買(mǎi)版權(quán)這是圖表界的jQuery，在世界范圍內(nèi)是使用最多最廣的一個(gè)可視化類(lèi)庫(kù)，但整體圖表設(shè)計(jì)比較陳舊難以擴(kuò)展，同時(shí)商業(yè)公司使用需要按照使用人數(shù)購(gòu)買(mǎi)版權(quán)，比較昂貴，阿里有購(gòu)買(mǎi)過(guò)，目前已不推薦使用。EChartsECharts縮寫(xiě)自EnterpriseCharts，企業(yè)級(jí)圖表，開(kāi)源來(lái)自百度數(shù)據(jù)可視化團(tuán)隊(duì)，是一個(gè)純Javascript的圖表庫(kù)，可以流暢的運(yùn)行在PC和移動(dòng)設(shè)備上，兼容當(dāng)前絕大部分瀏覽器，底層依賴(lài)另一個(gè)也是該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的輕量級(jí)的Canvas類(lèi)庫(kù)ZRender，提供直觀(guān)，生動(dòng)，可交互，可高度個(gè)性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表。ECharts是目前國(guó)內(nèi)唯一一個(gè)入選GitHub全球可視化榜單的開(kāi)源項(xiàng)目，2w+star全球排名第三，社區(qū)活躍，覆蓋主流前端框架和8種編程語(yǔ)言的擴(kuò)展，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。ECharts的優(yōu)劣：?豐富的圖表類(lèi)型，覆蓋主流常規(guī)的統(tǒng)計(jì)圖表?配置項(xiàng)驅(qū)動(dòng)，三級(jí)個(gè)性化圖表樣式管理?移動(dòng)端優(yōu)化，交互和布局適配，按需打包?深度的交互式數(shù)據(jù)探索?地理特效（百度遷徙，百度人氣，公交軌跡等效果）?靈活性上不如Vega等基于圖形語(yǔ)法的類(lèi)庫(kù)?復(fù)雜關(guān)系型圖表比較難定制ECharts能很好滿(mǎn)足傳統(tǒng)圖表需求，但在高度靈活多樣化的可視需求面前，需要另尋出路。LeafletLeaflet是面向移動(dòng)設(shè)備的交互式地圖的JavaScript庫(kù)。測(cè)量的JS只有大約38KB，它具有大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員需要的所有映射功能。Leaflet的優(yōu)劣：?專(zhuān)門(mén)針對(duì)地圖應(yīng)用?mobile兼容性良好?API簡(jiǎn)潔、支持插件機(jī)制?功能比較簡(jiǎn)單，需要具備二次開(kāi)發(fā)能力地圖專(zhuān)用，其他領(lǐng)域使用不上。目前Google地圖、高德地圖、百度地圖都擁有自研的JS庫(kù)。deck.gldeck.gl是Uber可視化團(tuán)隊(duì)基于WebGL開(kāi)發(fā)的面向大數(shù)據(jù)分析的可視化類(lèi)庫(kù)。deck.gl的優(yōu)劣：?主要以3D地圖可視化為主，內(nèi)置了地理信