數(shù)據(jù)可視化在中醫(yī)用藥分析中的應(yīng)用及改進(jìn)策略研究論文設(shè)計(jì)

第1章前言1.1研究背景可視化的理論思想誕生于15至17世紀(jì)，自此人們對(duì)數(shù)據(jù)可視化的早期探索正式開始；18世紀(jì)，數(shù)據(jù)可視化實(shí)現(xiàn)了初期的發(fā)展，各類圖標(biāo)在人們的視野中出現(xiàn)；19世紀(jì)前期，由于工業(yè)的迅速發(fā)展，人們開始發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用，19世紀(jì)后期，隨著第一次工業(yè)革命，數(shù)據(jù)可視化收到了人們廣泛關(guān)注，它的發(fā)展迎來了首個(gè)黃金時(shí)期，圖表和圖形等被廣泛應(yīng)用到人們的生產(chǎn)與生活中；20世紀(jì)前期；早期的數(shù)據(jù)可視化表達(dá)方式已經(jīng)滿足了當(dāng)時(shí)的需求，因而對(duì)于圖表、圖形表達(dá)的研究沒有進(jìn)一步發(fā)展下去；20世紀(jì)中后期直至今天；科技迅猛發(fā)展，以信息科學(xué)與技術(shù)為代表的第三產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)展現(xiàn)出新的生機(jī)與活力，開始進(jìn)入高速發(fā)展階段，并取得了明顯進(jìn)步，越來越多的應(yīng)用到了生產(chǎn)與生活中來。目前，數(shù)據(jù)可視化的展示方式已超過30種，每一種特定的方式都有它的用處。正因?yàn)閿?shù)據(jù)可視化的方法不斷發(fā)展進(jìn)步，我們已經(jīng)不局限于柱狀圖和餅狀圖。數(shù)據(jù)可視化有很多好處，但他們往往因?yàn)槿狈斫舛兴蛔?。需要我們進(jìn)一步進(jìn)行研究和探索。隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，我國傳統(tǒng)中醫(yī)得到了長足發(fā)展，不斷融入最新的科學(xué)技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在中醫(yī)用藥分析中起到了極大的作用，越來越多的中醫(yī)用藥數(shù)據(jù)分析通過數(shù)據(jù)可視化來實(shí)現(xiàn)，簡化步驟、提高效率，是促進(jìn)中醫(yī)進(jìn)步的重要?jiǎng)恿Α?.2研究意義隨著不斷增長的信息量，要求人們需要具備更加快捷的信息處理方式，所以人們對(duì)數(shù)據(jù)可視化的需求也大大增加。如今，有三十多種可視化數(shù)據(jù)的方式，每種特定方式都有其用途。隨著可視化方法的不斷發(fā)展，我們不再局限于條形圖和餅圖。數(shù)據(jù)可視化有很多好處，但是由于缺乏了解而常常受到限制。在某些情況下，同一張上的圖表上內(nèi)容過多可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)圖表紛繁紛雜，不便于人們直觀的去理解和使用。我們可以采取用的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的方式有很多，但在大多數(shù)情況下只有少數(shù)幾種適用。本文從數(shù)據(jù)可視化技術(shù)研究和發(fā)展的背景入手，對(duì)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，對(duì)數(shù)據(jù)可視化與中醫(yī)的相關(guān)性進(jìn)行了分析，對(duì)近些年來所實(shí)現(xiàn)的成果做了介紹。通過R語言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在中藥分析中的靈活、適當(dāng)?shù)膽?yīng)用，以提高可視化技術(shù)在中藥分析中的使用率，為知識(shí)的傳播與交流提供新的途徑,增強(qiáng)知識(shí)密度，提高決策和解決問題的能力。探索中醫(yī)藥與可視化的相關(guān)性，分析其在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)可視化技術(shù)與中醫(yī)藥分析的更好結(jié)合，為中醫(yī)藥的發(fā)展提供更多線索，研究多樣的數(shù)據(jù)可視化展示方式，為中醫(yī)可視化技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支持。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是為了改進(jìn)科學(xué)計(jì)算和輔助處理大量數(shù)據(jù)而誕生的，隨之創(chuàng)建了第一個(gè)數(shù)據(jù)可視化視圖，伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的沒有經(jīng)過科學(xué)處理的數(shù)據(jù)，由于信息過于冗雜，數(shù)據(jù)大都沒有辦法獲得適當(dāng)采用。1987年，美國科學(xué)基金協(xié)會(huì)在一次專題討論會(huì)上提出“科學(xué)計(jì)算可視化”理論，一門嶄新學(xué)科就此誕生，從此，國內(nèi)外掀起了數(shù)據(jù)可視化的熱潮，國內(nèi)也逐步把數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與各行各業(yè)相聯(lián)系，中國傳統(tǒng)中醫(yī)也順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流融入到了數(shù)據(jù)可視化的領(lǐng)域中來。諾維薩德大學(xué)（2019）進(jìn)行了對(duì)Pacs設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實(shí)證研究[1]。圣保羅大學(xué)（2018）在信息可視化領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn):用于距離信息的用戶輔助投影技術(shù)[2]。俄勒岡大學(xué)（2018）的研究人員討論了數(shù)據(jù)分析用于模擬、可視化和數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)簡化技術(shù)方面的發(fā)現(xiàn)[3].紐約大學(xué)（2018）以圖書館為主導(dǎo)開創(chuàng)了“數(shù)據(jù)可視化診所”，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)可視化技術(shù)中的新概念、新思路[4]。孟洪宇等人（2018）從數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的發(fā)展歷程入手,對(duì)信息和知識(shí)可視化在本源、理論根本、目的、數(shù)據(jù)可視化目標(biāo)、描述目標(biāo)、方法、參與者類型和互補(bǔ)方法等方向進(jìn)行對(duì)比[5]。單琪媛等人（2019）根據(jù)近年來國內(nèi)和國際中藥質(zhì)譜可視化分析技術(shù)的研究資料,對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)包括在中藥分析中的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹[6]。許茜等人（2019）基于當(dāng)前大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析的可視化進(jìn)行了進(jìn)一步的探索。楊慧等人（2018）從醫(yī)學(xué)可視化圖像與可視化技術(shù)的專利目前的發(fā)展?fàn)顩r入手對(duì)醫(yī)學(xué)圖像可視化技術(shù)進(jìn)行介紹,并結(jié)合各階段專利申報(bào)量和重要申報(bào)人探究了該項(xiàng)技術(shù)的專利情況,并對(duì)專利的研究前景和研究趨勢(shì)做出總結(jié)[7]。

1.4論文主要研究內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容是對(duì)數(shù)據(jù)可視化的研究背景、研究意義和種類進(jìn)行討論，對(duì)常用的展示方式進(jìn)行討論，進(jìn)一步探索在將數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)用到中醫(yī)用藥分析過程中對(duì)可視化展示方式的選擇，在綜合先前的研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，將調(diào)查研究法、學(xué)術(shù)研究法、信息研究法和實(shí)驗(yàn)法等研究方法與文獻(xiàn)研究法相結(jié)合，通過對(duì)中醫(yī)用藥分析的數(shù)據(jù)可視化展示方式進(jìn)行研究，使得人們掌握和分析中醫(yī)用藥數(shù)據(jù)更加直觀、便捷。1.5關(guān)鍵問題及解決方法本文關(guān)鍵問題是如何在實(shí)驗(yàn)過程中選擇合適的數(shù)據(jù)可視化的展示方式和如何對(duì)選擇的可視化展示方式進(jìn)行合理的處理，選擇合適的數(shù)據(jù)可視化展示方式并不容易，每個(gè)圖表都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，同一類圖表中也會(huì)有不同的分類，需要我們恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用。例如，柱狀圖分為一般柱狀圖、分組柱狀圖、堆積柱狀圖、橫線柱狀圖、雙向柱狀圖等。通過對(duì)中醫(yī)用藥分析中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用不同的數(shù)據(jù)可視化展示方式，比較不同數(shù)據(jù)可視化展示方式的優(yōu)缺點(diǎn)，著重注意圖表的細(xì)節(jié)部分，采用合理的處理方式，提出相應(yīng)的改進(jìn)的策略與方向。1.6論文組織結(jié)構(gòu)本文總共分為6個(gè)章節(jié)，第1章是論文的前言，詳細(xì)的介紹了本文的研究意義和背景說明本文完成的意義在于探索中醫(yī)藥與可視化的相關(guān)性，并分析其在中醫(yī)用藥范圍內(nèi)的應(yīng)用及思想理論成果，目的是為我國傳統(tǒng)中醫(yī)發(fā)展和進(jìn)步探索更多的新思路、新技術(shù)、新方法；第2章是數(shù)據(jù)可視化與中醫(yī)的相關(guān)性分析，詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)可視化在中醫(yī)中的應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化和中醫(yī)的相關(guān)性分析為下一章展示方式的分析做了理論準(zhǔn)備；第3章進(jìn)行了數(shù)據(jù)可視化分析中常用展示方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，通過舉例直觀的展示了不同展示方式的效果與優(yōu)缺點(diǎn)；第4章是基于R語言數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，通過R語言實(shí)現(xiàn)中醫(yī)用藥數(shù)據(jù)分析的可視化展示，對(duì)采用的可視化展示方式進(jìn)行分析和總結(jié)。第5章是數(shù)據(jù)可視化展示方式的改進(jìn)策略研究；最后是結(jié)語，總結(jié)全文并提出了未來的展望和可視化技術(shù)的展示方式在今后的發(fā)展方向。第2章數(shù)據(jù)可視化的介紹以及在中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2.1數(shù)據(jù)可視化技術(shù)2.1.1介紹數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是指通過信息技術(shù)，以圖表的形式將數(shù)據(jù)簡明的呈現(xiàn)出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)[8]。它可以通過圖表對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，體現(xiàn)信息模型、變量之間的關(guān)系和變化方向，方便人們對(duì)信息的獲取和利用，便于人們快速的進(jìn)行決策，加強(qiáng)人和各類數(shù)據(jù)的聯(lián)系，探究包含在其中的客觀規(guī)律。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)中最根本的觀念是把數(shù)據(jù)庫中的每一項(xiàng)拆分為單個(gè)變量，變量的總和組成一個(gè)可視化的圖表。2.1.2數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的主要特點(diǎn)（1）人機(jī)交互，讀者可以更加便利地與數(shù)據(jù)進(jìn)行交互和處理；（2）多維展示，可以從多個(gè)維度看到目標(biāo)變量的屬性，并且可以根據(jù)他們各自的特點(diǎn)，對(duì)其歸類、排列、組合和展示[9]；（3）可視化展示，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需求制作成不同樣式的圖表來進(jìn)行展示[10]。2.2數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和中醫(yī)的相關(guān)性分析數(shù)據(jù)可視化技術(shù)中的概念和方法與中醫(yī)有著密不可分的聯(lián)系:數(shù)據(jù)可視化技術(shù)能夠?qū)Ａ康闹嗅t(yī)信息進(jìn)行分析，進(jìn)而詳細(xì)的分類和整理，把醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，有利于更好的對(duì)醫(yī)學(xué)信息進(jìn)行解讀和對(duì)未來將會(huì)產(chǎn)生的信息進(jìn)行估計(jì)。同時(shí)中醫(yī)在我國發(fā)展歷史悠久，信息的體量也會(huì)十分龐大，體系之多，信息之雜，是人無法簡單的用肉眼去進(jìn)行辨別分析的，給醫(yī)學(xué)者進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究和用藥分析等帶來了極大的困擾，但是通過采用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，為我們研究龐大信息中的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和其所含的價(jià)值提供了便利，使中醫(yī)用藥更加合理和適當(dāng)。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對(duì)研究對(duì)象知識(shí)類型的分類。第一類是顯性知識(shí)型，第二類是隱形知識(shí)型。他們?cè)谥嗅t(yī)研究中起到了不同的作用，第一類為中醫(yī)基本原理等的掌握，望、聞、問、切四種診察疾病方法后信息的收集與整理，用藥的判斷和采納，遣方用藥思路，經(jīng)絡(luò)治療配穴方法等，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為方便人們理解的圖形，便于醫(yī)者進(jìn)行信息理解和新思路的開創(chuàng)。第二類為我國中醫(yī)的傳承起到了重要作用，中醫(yī)在歷史經(jīng)驗(yàn)和思路中存在著大量的隱性知識(shí)信息，而這些寶貴的信息由于太過龐大不利于我國中醫(yī)的傳承、發(fā)揚(yáng)與進(jìn)步，數(shù)據(jù)可視化可以把第一類知識(shí)類型轉(zhuǎn)化為第二類知識(shí)類型，提高人們對(duì)中醫(yī)隱形知識(shí)的關(guān)注度，為中醫(yī)的傳承提供了新途徑、新方法,進(jìn)一步方便了醫(yī)學(xué)研究者的對(duì)病情的分析與判斷。我國的傳統(tǒng)中醫(yī)在不斷的發(fā)展中形成了規(guī)模大、內(nèi)容完善的理論體系，包含了復(fù)雜且繁多的知識(shí)與信息。例如，傳統(tǒng)中醫(yī)基本原理所包含的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的對(duì)象以及與之相關(guān)聯(lián)的基本概念，存在著大量的一維信息；傳統(tǒng)中醫(yī)的陰陽調(diào)和中又蘊(yùn)含著二維信息；臟腑位置以及體表投影的相關(guān)性展現(xiàn)的是統(tǒng)一體的觀念，同時(shí)也從另一方面展現(xiàn)了三維映射的關(guān)聯(lián)；中醫(yī)基礎(chǔ)原理中所涉及到的的精、氣、血、津液學(xué)說等都是多維信息的表現(xiàn)。2.3數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在中醫(yī)中的應(yīng)用Flash的使用使中醫(yī)藏象理論系統(tǒng)的可視化教學(xué)方式發(fā)生了改變[11]；中醫(yī)藏象理論歷史悠久，其理論淵源于我國傳統(tǒng)文化，具有非常豐富的歷史文化內(nèi)涵，內(nèi)容十分廣泛，嚴(yán)謹(jǐn)又復(fù)雜。Flash能夠生動(dòng)形象的展示中醫(yī)理論內(nèi)涵；通過對(duì)教學(xué)方法的不斷研究與創(chuàng)新改革教學(xué)方法使中醫(yī)能夠生動(dòng)、輕松地理解“藏象理論”的抽象性和含糊不清的知識(shí)，使它更具有準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性?；贑iteSpaces對(duì)中醫(yī)體質(zhì)學(xué)說知識(shí)圖譜進(jìn)行可視化分析和展示[12]：它的目的是對(duì)“中醫(yī)體質(zhì)”進(jìn)行系統(tǒng)的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)和視覺分析，探尋40多年來中醫(yī)體質(zhì)的發(fā)展變化情況，對(duì)需要我們?nèi)ブ攸c(diǎn)關(guān)注的方向和未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究與討論。采用的方法主要是以1975年至2017年CNKI收集的所有相關(guān)文獻(xiàn)為對(duì)象，進(jìn)行定量分析。同時(shí)，使用CiteSpace5.1對(duì)文獻(xiàn)中的機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵字進(jìn)行共現(xiàn)分析，并繪制相關(guān)的視覺圖。結(jié)果，總共查詢到了了5882篇文章，通過定量分析，訪問了一個(gè)高產(chǎn)機(jī)構(gòu)和代表性研究人員及其團(tuán)隊(duì)，通過視覺分析，“中醫(yī)體質(zhì)識(shí)別”，“糖尿病”和“危險(xiǎn)因素”是其中出現(xiàn)次數(shù)最多。結(jié)論：圖譜引領(lǐng)了這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，并找到了研究熱點(diǎn)，研究疾病的治療方法和危險(xiǎn)因素是今后體質(zhì)研究的重要方向。中國古代中醫(yī)傳統(tǒng)針灸銅人的可視化探索[13]：3D激光掃描為解決針灸銅人等文化遺產(chǎn)單一的數(shù)字保護(hù)手段，經(jīng)驗(yàn)不足，傳播力弱的問題提供了新手段新方法，這種方法又分為3D可視化和VR技術(shù)的數(shù)字化方法。以穴位青銅針灸舉例說明，它第一次將3D激光掃描技術(shù)用于數(shù)據(jù)采集和3D模型的建立。其次，XML語言被應(yīng)用于中醫(yī)用藥知識(shí)的表現(xiàn)和儲(chǔ)存。同時(shí)，他們對(duì)二次誤差度量和漸進(jìn)網(wǎng)格算法進(jìn)行優(yōu)化用于自動(dòng)生成針灸銅人多分辨率簡化模型。最后，使用Unity引擎研發(fā)了一套VR針灸青銅人互動(dòng)顯示系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景中穴位，經(jīng)絡(luò)，常見病等中醫(yī)知識(shí)的快速可視化和互動(dòng)查詢，為歷史文物和非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的數(shù)字保護(hù)和傳播提供參考。基于脈搏脈沖信息獲取的中醫(yī)脈診數(shù)字化與可視化研究[14]：脈診信息模糊不清，無法量化和主觀判斷，對(duì)保持中醫(yī)診斷的客觀性造成了困難。目前，中國傳統(tǒng)脈息診斷儀的類似特征是在一維記錄脈壓波動(dòng)信號(hào)。因此，獲得的脈沖診斷信號(hào)的特征參數(shù)不足以完全體現(xiàn)傳統(tǒng)脈沖中包含的所有信息。在文獻(xiàn)綜述和脈搏診斷經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，本研究運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，研究了中醫(yī)脈搏診斷信息采集的關(guān)鍵技術(shù)。本文突破了僅從“脈沖位置和脈沖數(shù)”分析單個(gè)信號(hào)特征參數(shù)的缺點(diǎn)。在理論和技術(shù)的指導(dǎo)和支持下，成功實(shí)現(xiàn)了多維脈沖信息的同步采集，并著重強(qiáng)調(diào)了“脈沖形狀和脈沖電位”的信息采集和表達(dá)。在數(shù)字仿真和重構(gòu)四個(gè)脈沖診斷屬性的基礎(chǔ)上，觸覺信息可視化的階段性工作已經(jīng)初步完成。第3章數(shù)據(jù)可視化的主要展示方式和中醫(yī)藥特點(diǎn)分析3.1引言數(shù)據(jù)可視化展示是指通過借助抽象化的技術(shù)手段，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)用圖表的方式呈現(xiàn)，有效的可視化背后的主要原則是能夠突出你要表現(xiàn)的核心問題，根據(jù)觀眾的需求和接受程度，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精確的呈現(xiàn)，并且傳造出能夠清晰傳達(dá)信息的而可視化結(jié)果，本章的主要工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析中常用展示方式的對(duì)比和優(yōu)缺點(diǎn)分析。3.2基本圖形分析1.條形圖，又稱條形統(tǒng)計(jì)圖優(yōu)點(diǎn)：可以清楚的反映數(shù)量，便于比較。缺點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)的類別比較少，比較單調(diào)。簡介：條形圖是長度的單位，代表著數(shù)量的多少，根據(jù)數(shù)量的多少繪制成不同長度的直條，然后按順序排列這些直條。從條形圖可以很容易地看到各種數(shù)字。條形圖通常稱為條形圖，也稱為條形圖或直條形圖。分類：條形統(tǒng)計(jì)圖分為：單式條形統(tǒng)計(jì)圖和復(fù)式條形統(tǒng)計(jì)圖，前者只表示1個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，后者可以同時(shí)表示多個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。頻數(shù)：頻數(shù)是數(shù)據(jù)分布在不同區(qū)域內(nèi)的個(gè)數(shù)。頻率：頻數(shù)與數(shù)據(jù)總和的比例為頻率，頻率×100%就是百分比。舉例：圖3-1條形圖2.餅圖優(yōu)點(diǎn)：能夠清楚的表示各個(gè)部分占總體的比例情況。缺點(diǎn)：肉眼對(duì)面積大小不敏感。簡介：餅圖是統(tǒng)計(jì)學(xué)中的常用圖表，往往只有一個(gè)數(shù)據(jù)系列，區(qū)域的大小代表了再綜合中的比率。分類：餅圖和三維餅圖；復(fù)合餅圖和復(fù)合條形圖；單獨(dú)的餅圖和單獨(dú)的三維餅圖:單獨(dú)的餅圖顯示每個(gè)值相對(duì)于總值的大小，同時(shí)強(qiáng)調(diào)每個(gè)值。分離的餅圖可以以三維格式顯示。這樣，扇面可以手動(dòng)拉出。舉例：圖3-2年齡分布餅圖3.直方圖優(yōu)點(diǎn):更直觀的傳遞過程質(zhì)量狀態(tài)信息；在對(duì)質(zhì)量的變化進(jìn)行研究之后，我們可以控制過程的狀態(tài)，并決定將我們的精力更多的集中在提高質(zhì)量上。缺點(diǎn)：無法輕松的找到問題的重點(diǎn)現(xiàn)象。簡介：直方圖，又稱質(zhì)量分布圖，是一種統(tǒng)計(jì)報(bào)表圖形，其數(shù)據(jù)分布由一系列不同高度的垂直條紋或線段來表示。橫軸常用于表示數(shù)據(jù)的類型，縱軸常用于表示數(shù)據(jù)的分布。直方圖是對(duì)連續(xù)變量概率分布的估計(jì)，由卡爾·皮爾遜首次提出。這是一個(gè)條形圖。要建立直方圖，首先要分割數(shù)值范圍，簡單地說就是將整個(gè)數(shù)值范圍劃分不同的區(qū)間，然后計(jì)算每個(gè)區(qū)間中數(shù)值的多少。直方圖也可以被歸一化以顯示“相對(duì)”頻率。舉例：圖3-3直方圖4.樹狀圖優(yōu)點(diǎn)：比較直觀，易于理解。缺點(diǎn)：不適用于較大范圍的情況。介紹：樹形圖，也叫樹狀圖。樹圖是數(shù)據(jù)樹的圖形表示形式，它以父-子層次結(jié)構(gòu)組織對(duì)象。分類：為根據(jù)分支，關(guān)系可以被表示，其具有二維和三維維度。數(shù)量分類學(xué)中用于表型分類的樹形圖稱為現(xiàn)象圖，與系統(tǒng)推理相混合的樹形圖稱為分支圖進(jìn)行區(qū)分。表型樹圖是根據(jù)群體分析繪制的，而系統(tǒng)樹圖是由計(jì)算機(jī)根據(jù)模擬的假設(shè)字符進(jìn)化方向繪制的。舉例：圖3-4聚類樹狀圖5.網(wǎng)狀圖優(yōu)點(diǎn)：明確表達(dá)事物之間的邏輯關(guān)系，選定關(guān)鍵工作和關(guān)鍵路徑。缺點(diǎn)：進(jìn)度狀況不能一目了然，繪圖難度和修改工作量很大，應(yīng)用要求高，繪圖識(shí)別困難。介紹：網(wǎng)狀圖是一種具有網(wǎng)絡(luò)形狀的圖形化模型，因此被稱為網(wǎng)狀圖。網(wǎng)狀圖通常用來表示事物之間的聯(lián)系程度。分類：雙代號(hào)網(wǎng)狀圖使用箭頭線表示一個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)的名稱寫在箭頭線上。箭頭表示活動(dòng)的結(jié)束。單代號(hào)網(wǎng)狀圖用圓圈表示單個(gè)網(wǎng)狀圖中的一個(gè)活動(dòng)，并在圓圈中寫上該活動(dòng)的名稱。箭頭線用于表示相關(guān)活動(dòng)之間的前后次序，沒有其他含義。由于它的活動(dòng)只能用一個(gè)符號(hào)表示，所以它被稱為單代碼網(wǎng)狀圖。舉例：圖3-5網(wǎng)狀圖3.3中醫(yī)藥信息特點(diǎn)分析我國中醫(yī)藥信息具備三大特點(diǎn)：1.傳統(tǒng)性我國傳統(tǒng)中醫(yī)發(fā)展歷史悠久，數(shù)量巨大，大量的中醫(yī)用藥數(shù)據(jù)在歷史的發(fā)展中得以保留，自戰(zhàn)國時(shí)期直至建國以前有記錄的中醫(yī)藥書籍就超過一萬多種，而在民間廣泛流傳的不同時(shí)期的不同版本更是接近四萬種，同時(shí)還存在著無法實(shí)際考證的書籍，如此龐大的數(shù)據(jù)體量帶來的是難以考證和無法處理。中藥藥方分析困難，對(duì)未來中醫(yī)發(fā)展的延續(xù)性造成了阻礙。2.民族性我國有56個(gè)民族，各個(gè)民族都在長期的歷史發(fā)展中形成了各自的文化，中醫(yī)藥也在各民族的努力中不斷發(fā)展，但恰恰由于各民族文化差異，中醫(yī)用藥方法也出現(xiàn)了差別，收集整理工作成為了極為重要的部分。3.世界性隨著世界醫(yī)療水平的發(fā)展，我國傳統(tǒng)中醫(yī)進(jìn)入到了國際化的階段，中醫(yī)用藥數(shù)據(jù)需要經(jīng)過合理的處理和加工才能更便于國際化的發(fā)展。3.4小結(jié)上述展示的可視化展示方式中，最常用的是條形圖和餅圖，它們的結(jié)構(gòu)都十分簡單，即使讀者不具備較高的知識(shí)水平也能夠輕松閱讀。結(jié)合我國傳統(tǒng)中醫(yī)目前的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)上述幾類數(shù)據(jù)可視化展示方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析，大多數(shù)可視化方式都能夠應(yīng)用到中醫(yī)用藥分析中，但是根據(jù)中醫(yī)用藥數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，比較適合采用的有條形圖、網(wǎng)狀圖、樹狀圖等，它們既能對(duì)中醫(yī)用藥中的數(shù)據(jù)比例、使用頻次進(jìn)行展示，又能明顯的展示出各類中藥材之間的聯(lián)系。第4章基于R語言數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)4.1引言數(shù)據(jù)可視化的本質(zhì)是將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的規(guī)劃和處理，使數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式由復(fù)雜到簡單，其根本意義是利用數(shù)據(jù)做出決策。可視化的工具種類較多，本文是基于R語言進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，通過R語言實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥數(shù)據(jù)分析的可視化展示。4.2可視化工具介紹R語言被使用于統(tǒng)計(jì)計(jì)算、繪制圖表、數(shù)據(jù)挖掘的軟件中，它的創(chuàng)始人是新西蘭奧克蘭大學(xué)。目前由R語言開發(fā)核心團(tuán)隊(duì)開發(fā)，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、繪圖等領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛。R軟件的語言環(huán)境能夠?yàn)橛脩舻膫€(gè)性化設(shè)計(jì)提供極大的便利，并且是免費(fèi)、開源的軟件，再國內(nèi)和國外廣受歡迎。R語言的三大繪圖系統(tǒng)：基本繪圖系統(tǒng)（BasePlottingSystem）：需要事先計(jì)劃；能夠直接地及時(shí)反映繪圖與分析數(shù)據(jù)的邏輯圖+修飾常用于繪制2D圖。Lattice繪圖系統(tǒng)(LatticePlottingSystem)：簡單的成圖方式適用于觀察變量之間的交互：ggplot2繪圖系統(tǒng)(ggplotwPlottingSystem)：能夠把圖和數(shù)據(jù)之間進(jìn)行分離。4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于中藥抗病毒方藥數(shù)據(jù)平臺(tái)，包含726種中藥藥品，36種針對(duì)病毒性肺炎的方劑，本文選取其中15種藥品進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化展示，根據(jù)他們的藥物組合、關(guān)聯(lián)規(guī)則、藥物頻次，以柱狀圖、網(wǎng)狀圖、樹狀圖為例進(jìn)行可視化分析。表4-1關(guān)聯(lián)規(guī)則No.中藥名稱置信度1桔梗，金銀花，杏仁->連翹12金銀花，杏仁，桔梗->連翹13石膏，杏仁->麻黃14麻黃，石膏->杏仁15石膏，甘草，杏仁->麻黃16石膏，杏仁，甘草->麻黃17麻黃，桔梗->杏仁18麻黃，甘草->杏仁0.93759甘草，麻黃->杏仁0.937510桔梗，甘草->杏仁0.90909111甘草，桔梗->杏仁0.90909112桔梗，金銀花->連翹0.913金銀花，桔梗->連翹0.914前胡->杏仁0.88888915石膏->麻黃0.88888916石膏->杏仁0.88888917生石膏，金銀花->杏仁0.88888918麻黃，生石膏->杏仁0.88888919陳皮->金銀花0.87520生石膏->杏仁0.85714321魚腥草，生石膏->杏仁0.85714322生石膏，魚腥草->金銀花0.85714323金銀花，大青葉->連翹0.85714324甘草，石膏->麻黃0.857143表4-2藥物頻次No.中藥名稱用藥頻次1杏仁352甘草283金銀花274麻黃255連翹246桔梗197魚腥草168生石膏149大青葉1010前胡911北沙參912板藍(lán)根913石膏914葶藶子915陳皮84.4實(shí)驗(yàn)過程本文主要采用的工具包主要有tidyverse包、ggplot2包、networkD3包、stringr包、picante包、ape包。1.柱形圖：name2<-"pinci.txt"pinci2<-read.table(name2,sep="\t",header=1)view(pinci2)data_pinci2<-data.frame(pinci2)data_pinci2<-data_pinci2[c(1:15),]ggplot(data_pinci2,aes(data_pinci2$藥物名稱,data_pinci2$頻次))+geom_bar(stat="identity",aes(fill=data_pinci2$藥物名稱))+labs(x="藥物名稱",y="頻次",fill="藥物名稱")ggsave(file="藥物頻次.png")2.網(wǎng)狀圖：name_guize<-"guize.txt"guize1<-read.table(name_guize,sep="\t",header=1)#View(guize1)data_guize<-data.frame(guize1)data_guize1<-data_guize%>%mutate(長度=str_length(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則),藥物1=str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3),藥物2=str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3),藥物3=str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3),關(guān)聯(lián)藥物=str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3))#view(data_guize1)data_guize1$藥物1[c(1)]<-c(str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3)[c(1)])for(iin1:length(data_guize1$長度)){if(data_guize1$長度[i]==22){data_guize1$藥物1[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3)[c(i)]data_guize1$藥物2[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,7,9)[c(i)]data_guize1$藥物3[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,13,15)[c(i)]data_guize1$關(guān)聯(lián)藥物[c(i)]=str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,19,22)[c(i)]}elseif(data_guize1$長度[i]==16){data_guize1$藥物1[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3)[c(i)]data_guize1$藥物2[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,7,9)[c(i)]data_guize1$藥物3[c(i)]<-NAdata_guize1$關(guān)聯(lián)藥物[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,13,16)[c(i)]}elseif(data_guize1$長度[i]==10){data_guize1$藥物1[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,1,3)[c(i)]data_guize1$藥物2[c(i)]<-NAdata_guize1$藥物3[c(i)]<-NAdata_guize1$關(guān)聯(lián)藥物[c(i)]<-str_sub(data_guize$藥物關(guān)聯(lián)規(guī)則,7,10)[c(i)]}}#View(data_guize1)data_guize2<-tibble(藥物=list(c(data_guize1$藥物1,data_guize1$藥物2,data_guize1$藥物3)),關(guān)聯(lián)藥物=list(rep(data_guize1$關(guān)聯(lián)藥物,times=3)))#View(data_guize2)networkdata<-data.frame(data_guize2$藥物[[1]][!is.na(data_guize2$藥物[[1]])],data_guize2$關(guān)聯(lián)藥物[[1]][!is.na(data_guize2$藥物[[1]])])simpleNetwork(networkdata,zoom=T,fontFamily="黑體",fontSize=20,width=1200,height=500,linkColour="black",nodeColour="black",linkDistance=200)3.樹狀圖：data_shu<-data_pinci2view(data_shu)s(data_shu)<-data_shu$藥物名稱data_shu1<-hclust(dist(data_shu),method="median")plot(data_shu1,hang=0.3,cex=1,xlab="藥物名稱",ylab="頻次",main="聚類樹狀圖")plot(as.phylo(data_shu1),type="fan")4.5實(shí)驗(yàn)效果柱形圖圖4-1柱形圖2.網(wǎng)狀圖圖4-2網(wǎng)狀圖樹狀圖圖4-3樹狀圖4.5實(shí)驗(yàn)總結(jié)（1）柱狀圖：對(duì)這十五種藥品的使用頻次采用的是柱狀圖的表現(xiàn)形式，并采用了不同的色彩使它們之間的差異更加明顯，可以直觀的看出杏仁的使用頻次最多而陳皮的使用頻次最少。（2）網(wǎng)狀圖：對(duì)這十五種藥品的關(guān)聯(lián)規(guī)則采用的是網(wǎng)狀圖的表現(xiàn)形式，呈網(wǎng)狀表現(xiàn)出來，很容易讓人發(fā)現(xiàn)其中的焦點(diǎn)，可以直觀的看出與杏仁的相關(guān)的藥品最多而與陳皮、大青葉、前胡、黃麻相關(guān)藥品的使用頻次最少。（3）樹狀圖：對(duì)這十五種藥品的頻次采用的是聚類樹狀圖的表現(xiàn)形式，呈樹狀表現(xiàn)出來，很容易讓人對(duì)其進(jìn)行分類，可以直觀的看出哪幾類能夠分為一組，同時(shí)可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行分群。柱狀圖和樹狀圖擅于展示各類藥品之間的數(shù)量關(guān)系，能夠十分簡潔明了的將藥品的頻次表現(xiàn)出來，通過不同的顏色加深視覺效果也進(jìn)行了引導(dǎo)性的分類，柱狀圖由于自身的簡潔性也便于進(jìn)行標(biāo)注，方便對(duì)比，具有普適性。網(wǎng)狀圖則擅于表現(xiàn)各個(gè)藥品之間的關(guān)聯(lián)程度，但是較為復(fù)雜，需要具備一定的知識(shí)背景。實(shí)驗(yàn)所展現(xiàn)的可視化展示方式，是十分基礎(chǔ)的展示方式，僅能夠滿足人們的正常使用，如果對(duì)數(shù)據(jù)可視化展示方式有更高的要求則需要進(jìn)一步的優(yōu)化。數(shù)據(jù)可視化展示方式改進(jìn)策略研究5.1引言可視化展示方式的選擇決定能否將數(shù)據(jù)良好的呈現(xiàn)，而一個(gè)好的可視化展示方式，在科技快速發(fā)展的今天也會(huì)逐漸暴露出缺陷，可視化視圖的改進(jìn)就變得尤為重要，一個(gè)好的視圖能夠吸引人們的注意力，促進(jìn)深入理解，快速幫助人們進(jìn)行決策，本章從可視化視圖入手進(jìn)行改進(jìn)。5.2改進(jìn)策略1.對(duì)比數(shù)據(jù)可視化使比較更容易，并使我們能夠直觀地看到兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)集之間的差異。但是僅僅將兩張圖表并排放置進(jìn)行比較并不一定能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。在實(shí)際操作中，它可能會(huì)變得更加混亂。方法：（1）盡可能地包括零基線。從零基線開始雖然不是很折線圖的必備要素，但如果它提供了更多的比較背景，則應(yīng)該包括在內(nèi)。如果數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)出的較小波動(dòng)是有用的，可以通過截?cái)啾嚷蕘硗癸@差異。（2）選擇最優(yōu)的可視化展示方式。如果對(duì)視覺一致性有一定的需求，需要讓讀者更方便的進(jìn)行比較。我們就需要從折線圖、條形圖等便于比較的圖表中進(jìn)行選擇。我們要始終把便于讀者的比較和了解放在第一位。圖4-4餅圖和條形圖效果對(duì)比2.顏色