第一章 數(shù)據(jù)可視化的概述

第一節(jié) 數(shù)據(jù)可視化的由來

一、概述

“大數(shù)據(jù)（Big Data）時(shí)代”已經(jīng)來到，互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)每?jī)赡攴环?dāng)今全球超過90%的數(shù)據(jù)都來自近十年。大數(shù)據(jù)的力量，正在沖擊著社會(huì)的各行各業(yè)，除了政府機(jī)構(gòu)、媒體（傳統(tǒng)媒體）、企業(yè)等提供著越來越多的數(shù)據(jù)以外，新興的社會(huì)化媒體（如SNS社區(qū)）、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如智能手機(jī)）等的應(yīng)用普遍化，正在徹底改變?nèi)藗內(nèi)粘５膶W(xué)習(xí)和生活，如發(fā)微博、網(wǎng)上購(gòu)物、瀏覽網(wǎng)頁(yè)等已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧；ヂ?lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)爆發(fā)，介入人類生活的深入化，這不得不說是對(duì)當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速提升，身處大數(shù)據(jù)時(shí)代的人不僅需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，如每天產(chǎn)生3億VISA信用卡交易額，成千上萬(wàn)復(fù)雜的金融股票交易和2100億封電子郵件數(shù)據(jù)；而且數(shù)據(jù)的高維、多源、多態(tài)，獲取的動(dòng)態(tài)性、數(shù)據(jù)關(guān)系的異構(gòu)（如數(shù)據(jù)的流模式獲取、非結(jié)構(gòu)化語(yǔ)義的多重性等）更增加了數(shù)據(jù)使用的難度。對(duì)如此多的海量數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分析、歸納、利用和挖掘，并從中發(fā)現(xiàn)隱藏的模式和規(guī)律，已成為當(dāng)今信息社會(huì)的一大問題。

從外界獲得的80%以上的信息都來自視覺系統(tǒng)。一幅圖勝過千言萬(wàn)語(yǔ)。當(dāng)你閱讀報(bào)紙、雜志，看電視新聞或天氣預(yù)報(bào)的時(shí)候，都能看到許多數(shù)據(jù)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(jié)果；使用趨勢(shì)地形圖來表達(dá)地理和天氣的模式等。這種可視化的新視覺表達(dá)形式隨信息社會(huì)蓬勃發(fā)展而誕生，順應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來而興起。它實(shí)際上是一個(gè)信息轉(zhuǎn)化的過程，是一種展示數(shù)據(jù)的方式，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象信息解讀，即將抽象的數(shù)據(jù)信息、非空間的概念信息、知識(shí)信息以及內(nèi)在的聯(lián)系，通過處理轉(zhuǎn)化成一種可感知的、能快速識(shí)別的形式，以求理解各種各樣的數(shù)據(jù)集合，表現(xiàn)多維數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，達(dá)到輔助分析、再現(xiàn)客觀的目的。因此，數(shù)據(jù)可視化作為一門新興的學(xué)科，正成為解決海量數(shù)據(jù)信息處理問題十分有效的方法。

數(shù)據(jù)可視化（Visualization）是采用各種先進(jìn)的信息、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)交互技術(shù)，將抽象數(shù)據(jù)和信息編碼轉(zhuǎn)換成具有可視特征的圖形圖像、視頻或動(dòng)畫，并在屏幕上顯示出來，然后充分利用人眼的高帶寬對(duì)圖形中的大量信息進(jìn)行快速觀察、分析和推理，促使復(fù)雜的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中包含的信息，對(duì)所獲得的大量、復(fù)雜和多維的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)靈敏的可視化環(huán)境，用戶根據(jù)自身特定的任務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)信息按照自身需求進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化處理。因此，發(fā)展數(shù)據(jù)可視化技術(shù)具有十分重要的意義。

（1）大大加快了數(shù)據(jù)的處理速度，使目前每時(shí)每刻都在產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)得到有效的利用。

（2）實(shí)現(xiàn)了人與人、人與機(jī)之間的圖像通信，改變了目前的文字或數(shù)字通信，從而能使人們觀察到使用傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和規(guī)律。

（3）使科學(xué)家不僅能得到計(jì)算結(jié)果，而且知道在計(jì)算過程中發(fā)生了什么現(xiàn)象。并且可以改變參數(shù)，觀察其影響，對(duì)計(jì)算過程實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)和控制。

（4）有了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dá)觀點(diǎn)，不僅形式上符合審美，功能上也符合需求。

（6）可提供在計(jì)算機(jī)輔助下的可視化技術(shù)手段，從而為在網(wǎng)絡(luò)分布環(huán)境下的計(jì)算機(jī)輔助協(xié)同設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

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

（8）用戶可以看到表示對(duì)象或事件的數(shù)據(jù)的多個(gè)屬性或變量，而數(shù)據(jù)可以按其每一維的值，進(jìn)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(dòng)畫來展示數(shù)據(jù)，并可對(duì)其模式和相互關(guān)系進(jìn)行可視化分析。

（10）可大力促進(jìn)諸醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、海洋、氣象、航空、商務(wù)、金融、通信等領(lǐng)域的快速發(fā)展。