52、交互式统计图形：链接视图的范式

最新推荐文章于 2025-11-13 09:44:10 发布

peach

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分类专栏：数据挖掘与可视化的艺术文章标签：交互式统计图形链接视图选择工具

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交互式统计图形：链接视图的范式

1 选择工具与操作

1.1 距离选择工具

在某些可视化中，距离反映了数据（小点）与级别点（方块）之间的关联程度。例如在 MANET 中，实现了一种选择工具原型，用于可视化多重对应分析的双图。通过 option - 点击类别级别点会生成一个距离邻域，可通过拖动鼠标缩小或扩大该邻域。目前该原型的操作行为处于查询级别，用于指示哪些投影点落在所选类别级别点的一定距离内，后续可扩展为选择落在该邻域内的点，但尚未实现。

1.2 选择记忆

选择系统可分为无记忆系统和有记忆系统：
- 无记忆系统：只知道当前选择，既不存储到达当前状态的方式，也不记录其他选择。
- 有记忆系统：跟踪一系列选择，并将单个选择组合成最终选择。例如 MANET 中实现的选择序列，它使系统对用户错误具有较高的容错性，便于更新复杂的选择过程，增强了个体子组之间的比较。MANET 中存储了选择区域、逻辑选择模式和选择顺序，序列中的任何选择都可以交互更改，最终选择由序列中的所有步骤确定。

1.3 选择操作

1.4 图形选择

图形选择可通过以下两种方式生成：
- 在框架上绘制二维区域。
- 点击框架中的一个像素，此时零维选择工具会选择包含所选像素或最接近它的图形元素。

将二维区域转换为图形元素子集的标准方法是使用显示数量与指定区域之间的包含关系，有两种情况：
- 选择与框架中指定区域有非空交集的所有图形元素。
- 仅选择完全包含在选择区域内的元素。

然而，在组合选择时，可能会出现选择组合与内部链接结构不一致的情况。选择在框架级别和类型级别进行组合时，结果可能不同。选择在框架级别转换为类型级别后，可通过内部链接结构传播到模型和样本总体级别。

1.5 基于轴的选择

一维选择工具应在轴上操作，对一个变量设置限制，独立于特定图中使用的图形元素。基于轴的选择是数据查询的直接图形表示，在一些软件包中是某些图形的标准选择模式。例如在 EDV 中，直方图或密度估计图的选择完全基于观测值，不受模型和图形元素的影响。

在 XMDVTOOL 中，有一个字形刷工具用于创建选择。字形刷工具包含一个放大的星形字形表示，每个维度映射为从公共中心向外辐射的线，所选子集显示为该字形上的填充多边形结构，每个维度轴可像滑块一样拖动以调整所选子集的大小。

基于轴的选择有自己的模型，它根据显示中的一些变量确定最精细的模型。轴的精度限制了可能的选择边界，理论上可获得的最精细选择精度是区分所有不同观测值。基于轴的选择对于图形元素数量有限的图形非常有用，如箱线图和密度曲线。

1.6 数据查询

大多数软件程序中，除了图形元素和轴这两种图形对象外，还有一种选择方法。用户可以通过参数显示输入选择边界的精确值或复杂的数据库查询，直接访问模型级别，绕过图形类型级别。这是数据库可视化中常见的数据查询形式，优点是能精确确定当前选择的观测值，但速度慢且缺乏直观性。

参数显示以视觉或文本形式表示绘图和模型参数，与相应的数据显示链接，并遵循相同的内部链接结构。可通过活动数据显示的菜单选项或数据框架内的特殊提示访问参数显示，提示方式更优雅且使用更快。

2 框架级别的交互

框架本身的子对象较少，用户交互的目标有限。对于单个框架，以下交互较为有用：

2.1 更改框架

最常见的更改框架方式是从水平布局切换到垂直布局，这对条形图尤为重要。垂直布局可完整显示类别名称，而水平布局更常见，人们习惯通过高度比较类别频率。此外，更改框架方向对点图、箱线图、网格显示和条件图也有帮助。对于平行坐标图，建议使用水平布局，用户也可根据偏好更改框架。

2.2 调整框架大小

应能够增加或减小框架的大小，可将框架大小与绘图类型关联，使框架大小改变时绘图大小也相应改变。

2.3 更改框架颜色

框架的背景颜色通常用于突出数据点，根据表示图形元素的颜色数量和种类，选择不同的背景颜色可使模式更清晰。在不同输出介质（如打印到纸张）上，可能需要再次更改框架颜色。

以下是框架级别交互的流程图：

graph LR
    A[框架交互] --> B[更改框架]
    A --> C[调整框架大小]
    A --> D[更改框架颜色]
    B --> B1[水平/垂直布局切换]
    B --> B2[适应数据上下文]
    C --> C1[关联绘图类型]
    D --> D1[突出数据点]
    D --> D2[适应输出介质]

3 类型级别的交互

绘图操作是发送到数据显示绘图部分的操作，从框架接收并传输到类型级别的操作对统计图形的解释和推导有很大影响。

3.1 图形元素的操作

图形类型定义由图形元素及其属性组成，可分为以下几种操作：

3.1.1 更改图形元素

一些模型可以用不同类型的图形进行可视化，在这种情况下，应提供简单的选项来切换不同的图形表示。例如：
- 在 DATA DESK 中，可通过移除或添加箱体在箱线图和点图之间切换。
- 直方图和密度曲线之间可通过频率多边形作为中间步骤进行转换，将直方图矩形箱的顶线中点连接起来可得到分段线性曲线，代表相同模型但使用不同图形类型。
- 条形图可通过固定高度、改变宽度转换为脊柱图。
- 在 MANET 中，用户可通过简单的鼠标点击或拖放操作在填充多边形地图、空心多边形地图和等值区域地图之间切换。

3.1.2 更改图形元素的属性

大多数图形元素具有强度、颜色、大小和形状等属性，交互式更改这些属性是通过链接高亮进行多变量分析的重要步骤。更改一个属性可能会导致其他属性更新，但底层模型保持不变。例如，在点图中增加或减小点的大小会改变点的强度，但观测值的计数不变。

3.1.3 添加或移除图形元素

统计分析会产生新的量，通常可以用图形表示。例如在散点图中，除了可视化原始数据，还可以添加回归线或密度曲线来展示模型。此时，需要为新的图形元素定义一个额外的标识符。

3.2 轴的操作

在交互式环境中，数据分析显示中的绘图轴通常处于次要地位，可能默认不可见。但轴的信息随时可用，并且可以进行交互式修改。

3.2.1 缩放

默认情况下，轴的比例设置为覆盖相应变量值的整个观测范围。为了关注特定区域，可能需要更改轴的比例，从而改变类型级别。缩放通常是为了聚焦于观测值密度较高的区域，默认的轴参数设置可能会导致严重的重叠绘制和信息不明确的显示。更改轴的端点会将当前窗口大小应用于指定区域，并调整该区域内的图形元素大小以适应窗口。缩放操作会选择图形元素的一个子集 A，并更新显示以仅显示该子集。

不同变量或组之间的有效比较需要绘图具有可比的缩放比例。根据上下文，可能存在一个标准比例用于比较。

以下是类型级别交互的流程图：

graph LR
    A[类型级别交互] --> B[图形元素操作]
    A --> C[轴操作]
    B --> B1[更改图形元素]
    B --> B2[更改属性]
    B --> B3[添加或移除元素]
    C --> C1[缩放]
    B1 --> B11[箱线图/点图切换]
    B1 --> B12[直方图/密度曲线转换]
    B1 --> B13[条形图/脊柱图转换]
    B1 --> B14[地图类型切换]
    B2 --> B21[强度改变]
    B2 --> B22[颜色改变]
    B2 --> B23[大小改变]
    B2 --> B24[形状改变]
    B3 --> B31[添加回归线]
    B3 --> B32[添加密度曲线]
    C1 --> C11[聚焦特定区域]
    C1 --> C12[调整元素大小]

综上所述，交互式统计图形中的选择工具、框架级和类型级交互为用户提供了丰富的手段来探索和分析数据。通过合理运用这些交互方式，能够更有效地提取数据中的信息，做出更准确的决策。