大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與應(yīng)用 課件 第3章 時(shí)間數(shù)據(jù)可視化、拓展

第3章時(shí)間數(shù)據(jù)可視化拓展部分主要內(nèi)容其他可視化表達(dá)方式點(diǎn)線圖螺旋圖熱圖根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)的特征選擇圖表周期循環(huán)可視化圖表的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

點(diǎn)線圖

點(diǎn)線圖是離散型數(shù)據(jù)可視化的一種形式?？梢哉f點(diǎn)線圖是柱形圖的一種變形，但更令人聚焦到端點(diǎn)。股市中有一種特殊的點(diǎn)線圖。一條線表示一個(gè)交易時(shí)段一個(gè)點(diǎn)表示收市價(jià)線高低點(diǎn)表示最高價(jià)及最低價(jià)可以讓投資者了解市價(jià)與當(dāng)時(shí)交易時(shí)段高低價(jià)的關(guān)系，代表市場(chǎng)氣氛傾向樂觀或悲觀

螺旋圖

也稱為時(shí)間系列螺旋圖。沿阿基米德螺旋線畫上基于時(shí)間的數(shù)據(jù)。圖表從螺旋形的中心點(diǎn)開始往外發(fā)展。十分多變，可使用條形、線條或數(shù)據(jù)點(diǎn)。沿著螺旋路徑顯示。適合用來顯示大型數(shù)據(jù)集，通常顯示長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)趨勢(shì)，因此能有效顯示周期形性的模式。

熱圖

熱圖通過色彩變化來顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)應(yīng)用于表格時(shí)，熱圖適合用來交叉檢查多變量的數(shù)據(jù).熱圖不局限于時(shí)間數(shù)據(jù)的可視化，適用于顯示多個(gè)變量之間的差異，顯示是否有彼此相似的變量以及彼此之間是否有相關(guān)性。由于熱圖依賴顏色來表達(dá)數(shù)值，難以提取特定數(shù)據(jù)點(diǎn)或準(zhǔn)確指出色塊間的差異。

根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)的特征選擇圖表

周期性一天中的時(shí)間，一周中的每一天以及一年中的每個(gè)月都在周而復(fù)始，對(duì)齊這些時(shí)間段通常是有好處的。要看到坡度或者點(diǎn)之間的變化率。用連續(xù)的線時(shí)，會(huì)更容易看到坡度。用散點(diǎn)圖，數(shù)據(jù)和坐標(biāo)軸一樣，但視覺暗示不同。和條形圖一樣，散點(diǎn)圖的重點(diǎn)在每個(gè)數(shù)值上，趨勢(shì)不是那么明顯。

根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)的特征選擇圖表

循環(huán)性很多事情都是在規(guī)律性地重復(fù)著。因?yàn)閿?shù)據(jù)在重復(fù)，所以比較每周同一天的數(shù)據(jù)就有了意義。比如，比較每一個(gè)星期一的情況。把時(shí)間可視化成連續(xù)的線或循環(huán)有些困難，但是可以把日子按每周分成段，這樣就能直接比較循環(huán)情況了。下面兩張圖可以在循環(huán)中快速找到異常數(shù)據(jù)。

可視化圖表的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

熱圖和螺旋圖有機(jī)結(jié)合來顯示一年的氣象變化直觀、美觀循環(huán)性

可視化圖表的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

三維數(shù)據(jù)花瓶縱坐標(biāo)表示時(shí)間橫坐標(biāo)表示地區(qū)花瓶顏色和寬度代表失業(yè)率感謝聆聽第3章時(shí)間數(shù)據(jù)可視化主要內(nèi)容時(shí)間數(shù)據(jù)在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用連續(xù)型時(shí)間數(shù)據(jù)可視化階梯圖折線圖擬合曲線離散型時(shí)間數(shù)據(jù)可視化散點(diǎn)圖柱形圖堆疊柱形圖摘要每一個(gè)數(shù)據(jù)都是帶有時(shí)間的，只不過在特定的情況下會(huì)把時(shí)間忽略掉，只關(guān)注扁平的數(shù)據(jù)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著數(shù)據(jù)處理能力的增強(qiáng)和處理方法的增多，時(shí)序大數(shù)據(jù)越來越受重視。本章主要介紹時(shí)間數(shù)據(jù)在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用以及對(duì)應(yīng)的圖形表示方法。時(shí)間數(shù)據(jù)在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用對(duì)于數(shù)據(jù)來說，時(shí)間是一個(gè)非常重要的維度和屬性。歷史數(shù)據(jù)的積累是大數(shù)據(jù)“大”的一個(gè)重要原因。時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在于各個(gè)領(lǐng)域，比如金融和商業(yè)交易記錄，社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)記錄，氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)植物種群數(shù)據(jù)等。金融和商業(yè)記錄包括股票交易價(jià)格以及交易量，各種商品的銷售價(jià)格和銷售量；社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括GDP（國(guó)民生產(chǎn)總值）、CPI（消費(fèi)者物價(jià)指數(shù)）等指數(shù)。這些帶時(shí)間維度的數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著大量的信息，是指導(dǎo)國(guó)家制定政策、企業(yè)調(diào)整戰(zhàn)略的重要依據(jù)。時(shí)間數(shù)據(jù)在大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用時(shí)間數(shù)據(jù)有離散和連續(xù)兩種。無論哪種數(shù)據(jù)的可視化，最重要的目的都是從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。具體表現(xiàn)在：什么保持不變？什么發(fā)生改變？改變的數(shù)據(jù)是上升還是下降？改變的原因是什么？不同數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的方向是否一致？它們變化的幅度是否有關(guān)聯(lián)？是否存在周期性的循環(huán)？這些變化中存在的模式超脫于某個(gè)時(shí)刻，蘊(yùn)含著豐富的信息，只有依靠在時(shí)間維度的觀察分析才能被發(fā)現(xiàn)。連續(xù)型時(shí)間數(shù)據(jù)可視化連續(xù)型時(shí)間數(shù)據(jù)在任意兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間可以細(xì)分出無限多個(gè)數(shù)值，它是連續(xù)不斷變化現(xiàn)象的記錄。溫度是我們最常接觸的連續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)，一天內(nèi)任意一個(gè)時(shí)刻的溫度都可以被測(cè)量到。股票的實(shí)時(shí)價(jià)格也可以近似看做連續(xù)型時(shí)間數(shù)據(jù)。下面給出幾個(gè)連續(xù)型時(shí)間數(shù)據(jù)的可視化示例。階梯圖階梯圖是X-Y圖的一種，通常用于Y值發(fā)生離散的改變，且在某個(gè)特定的X值位置發(fā)生了一個(gè)突然的變化。階梯圖可以用無規(guī)律、間歇階躍的方式表達(dá)數(shù)值隨時(shí)間的變化。比如銀行利率就可以用階梯圖表示：銀行利率一般在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變，由中央銀行選擇在特定時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。階梯圖基本框架如圖1所示。階梯圖圖1階梯圖的基本框架折線圖折線圖是用直線段將各數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來而組成的圖形，以折線方式顯示數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。在折線圖中，沿水平軸均勻分布的是時(shí)間，沿垂直軸均勻分布的是數(shù)值。折線圖比較適用于表現(xiàn)趨勢(shì)，常用于展現(xiàn)如人口増長(zhǎng)趨勢(shì)、書籍銷售量、粉絲增長(zhǎng)進(jìn)度等時(shí)間數(shù)據(jù)。這種圖表類型的基本框架如圖2所示。折線圖圖2折線圖示例折線圖從圖2可以看出數(shù)據(jù)變化的整體趨勢(shì)。注意，橫軸長(zhǎng)度會(huì)影響展現(xiàn)的曲線趨勢(shì)，若圖中的橫軸過長(zhǎng)，點(diǎn)與點(diǎn)之間分割的間距比較大，則會(huì)使得整個(gè)曲線非?？鋸?；若橫軸過短，則用戶又有可能看不出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。所以合理地設(shè)置橫軸的長(zhǎng)度十分重要。擬合曲線擬合曲線是根據(jù)給定的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制的曲線，又稱為不規(guī)則曲線。在實(shí)際生活與工作中，變量間未必都呈線性關(guān)系。擬合曲線是指選擇適當(dāng)?shù)那€類型來擬合觀測(cè)數(shù)據(jù)，并用擬合的曲線方程分析兩個(gè)變量間的關(guān)系。擬合曲線擬合曲線方法是由給定的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，建立數(shù)據(jù)關(guān)系（數(shù)學(xué)模型）求出一系列微小的直線段，并把這些插值點(diǎn)連接成曲線，只要插值點(diǎn)的間隔選擇得當(dāng)，就可以形成一條光滑的曲線。若獲取的數(shù)據(jù)很多，或者數(shù)據(jù)很雜亂，則可能很難甚至無法辯認(rèn)出其中的發(fā)展趨勢(shì)和模式。因此，為了模擬出趨勢(shì)，就可以用到擬合估算。圖3示為擬合的基本框架。擬合曲線圖3 擬合曲線示例離散型時(shí)間數(shù)據(jù)可視化離散型時(shí)間數(shù)據(jù)又稱不連續(xù)性時(shí)間數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)在任何兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的個(gè)數(shù)是有限的。在離散型時(shí)間數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)來自于某個(gè)具體的時(shí)間點(diǎn)或者時(shí)段，可能的數(shù)值也是有限的。比如每屆奧運(yùn)會(huì)獎(jiǎng)牌的總數(shù)或者是各個(gè)國(guó)家金牌數(shù)就是離散數(shù)據(jù)，各資格考試每年的通過率也是離散型數(shù)據(jù)。類似的生活實(shí)例有很多，下面將介紹如何對(duì)這些離散型時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。散點(diǎn)圖散點(diǎn)圖是指在數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析中，數(shù)據(jù)點(diǎn)在直角坐標(biāo)系平面上的分布圖。散點(diǎn)圖表示因變量隨自變量而變化的趨勢(shì)，由此趨勢(shì)可以選擇合適的函數(shù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分布的擬合，進(jìn)而找到變量之間的函數(shù)關(guān)系。對(duì)于離散時(shí)間數(shù)據(jù)，水平軸表示時(shí)間，垂直軸表示對(duì)應(yīng)的數(shù)值。散點(diǎn)圖的基本框架如圖4所示。散點(diǎn)圖圖4散點(diǎn)圖基本框架柱形圖柱形圖又稱條形圖、直方圖，是以高度或長(zhǎng)度的差異來顯示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)值的一種圖形。柱形圖簡(jiǎn)明、醒目，是一種常用的統(tǒng)計(jì)圖形，圖5所示為其基本框架。柱形圖一般用于顯示一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化或顯示各項(xiàng)之間的比較情況。另外，數(shù)值的體現(xiàn)就是柱形的高度。柱形越矮則數(shù)值越小，柱形越高則數(shù)值越大。另外需要注意的是，柱形的度與相鄰柱形間的間距決定了整個(gè)柱形圖的視覺效果的美觀程度。如果柱形的寬度小于間距，則會(huì)使讀者的注意力集中在空白處而忽略了數(shù)據(jù)，所以合理地選擇寬度很重要。柱形