第一章 數據可視化的概述

第一節 數據可視化的由來

一、概述

“大數據（Big Data）時代”已經來到，互聯網上的數據每兩年翻一番，當今全球超過90%的數據都來自近十年。大數據的力量，正在沖擊著社會的各行各業，除了政府機構、媒體（傳統媒體）、企業等提供著越來越多的數據以外，新興的社會化媒體（如SNS社區）、物聯網技術（如智能手機）等的應用普遍化，正在徹底改變人們日常的學習和生活，如發微博、網上購物、瀏覽網頁等已經成為人們日常生活的一部分。互聯網的海量數據爆發，介入人類生活的深入化，這不得不說是對當今社會的一個重大挑戰。

隨著科學技術的不斷發展，計算機的計算能力和存儲能力以及互聯網技術的迅速提升，身處大數據時代的人不僅需要處理的數據量越來越大，如每天產生3億VISA信用卡交易額，成千上萬復雜的金融股票交易和2100億封電子郵件數據；而且數據的高維、多源、多態，獲取的動態性、數據關系的異構（如數據的流模式獲取、非結構化語義的多重性等）更增加了數據使用的難度。對如此多的海量數據資源進行分析、歸納、利用和挖掘，并從中發現隱藏的模式和規律，已成為當今信息社會的一大問題。

從外界獲得的80%以上的信息都來自視覺系統。一幅圖勝過千言萬語。當你閱讀報紙、雜志，看電視新聞或天氣預報的時候，都能看到許多數據可視化的例子。例如柱形圖通常用來表示人口普查得出的結果；使用趨勢地形圖來表達地理和天氣的模式等。這種可視化的新視覺表達形式隨信息社會蓬勃發展而誕生，順應大數據時代的到來而興起。它實際上是一個信息轉化的過程，是一種展示數據的方式，是對現實世界的抽象信息解讀，即將抽象的數據信息、非空間的概念信息、知識信息以及內在的聯系，通過處理轉化成一種可感知的、能快速識別的形式，以求理解各種各樣的數據集合，表現多維數據之間的關聯，達到輔助分析、再現客觀的目的。因此，數據可視化作為一門新興的學科，正成為解決海量數據信息處理問題十分有效的方法。

數據可視化（Visualization）是采用各種先進的信息、計算機圖形學和圖像處理技術以及計算機交互技術，將抽象數據和信息編碼轉換成具有可視特征的圖形圖像、視頻或動畫，并在屏幕上顯示出來，然后充分利用人眼的高帶寬對圖形中的大量信息進行快速觀察、分析和推理，促使復雜的數據更容易被理解和使用。

二、重要意義

人類通過視覺通道獲得外在世界的圖形含義，并向大腦清晰、高效地傳遞數據中包含的信息，對所獲得的大量、復雜和多維的數據進行分析與處理。這就需要提供給我們像人眼一樣具有直覺的、交互的和反應靈敏的可視化環境，用戶根據自身特定的任務對數據信息按照自身需求進行數據可視化處理。因此，發展數據可視化技術具有十分重要的意義。

（1）大大加快了數據的處理速度，使目前每時每刻都在產生的龐大數據得到有效的利用。

（2）實現了人與人、人與機之間的圖像通信，改變了目前的文字或數字通信，從而能使人們觀察到使用傳統方法難以發現的現象和規律。

（3）使科學家不僅能得到計算結果，而且知道在計算過程中發生了什么現象。并且可以改變參數，觀察其影響，對計算過程實現引導和控制。

（4）有了對數據進行可視化的能力，信息的傳播就更清晰且有效。

（5）能有效地表達觀點，不僅形式上符合審美，功能上也符合需求。

（6）可提供在計算機輔助下的可視化技術手段，從而為在網絡分布環境下的計算機輔助協同設計打下基礎。

（7）用戶可以方便地以交互的方式管理和開發數據，使人工處理數據、繪圖儀輸出二維圖形的時代一去不返。

（8）用戶可以看到表示對象或事件的數據的多個屬性或變量，而數據可以按其每一維的值，進行分類、排序、組合和顯示。

（9）可以用圖、曲線、二維圖形、三維體和動畫來展示數據，并可對其模式和相互關系進行可視化分析。

（10）可大力促進諸醫學、地質、海洋、氣象、航空、商務、金融、通信等領域的快速發展。