數(shù)據(jù)可視化的常用技術(shù)和并行與原位可視化方法分析

數(shù)據(jù)可視化就是將抽象的“數(shù)據(jù)”以可見(jiàn)的形式表現(xiàn)出來(lái)，幫助人理解數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)可視化相對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化，處理的數(shù)據(jù)對(duì)象有了本質(zhì)不同，在已有的小規(guī)?；蜻m度規(guī)模的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)可視化需要有效處理大規(guī)模、多類(lèi)型、快速更新類(lèi)型的數(shù)據(jù)。這給數(shù)據(jù)可視化研究與應(yīng)用帶來(lái)一系列新的挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)可視化這一概念自1987年正式提出，經(jīng)過(guò)30余年的發(fā)展，逐漸形成3個(gè)分支：科學(xué)計(jì)算可視化（scientific visualization）、信息可視化（information visualization）和可視分析（visual analytics）。近些年來(lái)，這3個(gè)子領(lǐng)域出現(xiàn)了逐漸融合的趨勢(shì)。本文統(tǒng)稱(chēng)為“數(shù)據(jù)可視化”。

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)上，論文嘗試給出大數(shù)據(jù)可視化的內(nèi)涵：大數(shù)據(jù)可視化是指有效處理大規(guī)模、多類(lèi)型和快速變化數(shù)據(jù)的圖形化交互式探索與顯示技術(shù)。

其中，有效是指在合理時(shí)間和空間開(kāi)銷(xiāo)范圍內(nèi)；大規(guī)模、多類(lèi)型和快速變化是所處理數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)；圖形化交互式探索是指支持通過(guò)圖形化的手段交互式分析數(shù)據(jù)；顯示技術(shù)是指對(duì)數(shù)據(jù)的直觀展示。

大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

首先從方法層面介紹基本滿(mǎn)足常用數(shù)據(jù)可視化需求的通用技術(shù)，根據(jù)可視化目標(biāo)分類(lèi)介紹，然后根據(jù)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹相關(guān)的大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化、時(shí)序數(shù)據(jù)可視化、面向可視化的數(shù)據(jù)采樣方法和數(shù)據(jù)可視化生成技術(shù)。

常用的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，多數(shù)非技術(shù)驅(qū)動(dòng)，而是目標(biāo)驅(qū)動(dòng)。如圖顯示了目前業(yè)界廣泛使用的根據(jù)目標(biāo)分類(lèi)的數(shù)據(jù)可視化方法，數(shù)據(jù)可視化目標(biāo)抽象為對(duì)比、分布、組成以及關(guān)系。

按目標(biāo)分類(lèi)的常用數(shù)據(jù)可視化方法

1、對(duì)比。比較不同元素之間或不同時(shí)刻之間的值。

2、分布。查看數(shù)據(jù)分布特征，是數(shù)據(jù)可視化最為常用的場(chǎng)景之一。

3、組成。查看數(shù)據(jù)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)組成。

4、關(guān)系。查看變量之間的相關(guān)性，這常常用于結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性分析方法，通過(guò)視覺(jué)結(jié)合使用者專(zhuān)業(yè)知識(shí)與場(chǎng)景需求判斷多個(gè)因素之間的影響關(guān)系。

大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化一般認(rèn)為是處理數(shù)據(jù)規(guī)模達(dá)到TB或PB級(jí)別的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化經(jīng)過(guò)了大量研究，重點(diǎn)介紹其中的并行可視化和原位（in situ）可視化。

（1）并行可視化

并行可視化通常包括3種并行處理模式，分別是任務(wù)并行、流水線并行、數(shù)據(jù)并行。

任務(wù)并行將可視化過(guò)程分為獨(dú)立的子任務(wù)，同時(shí)運(yùn)行的子任務(wù)之間不存在數(shù)據(jù)依賴(lài)。

流水線并行采用流式讀取數(shù)據(jù)片段，將可視化過(guò)程分為多個(gè)階段，計(jì)算機(jī)并行執(zhí)行各個(gè)階段加速處理過(guò)程。

數(shù)據(jù)并行是一種“單程序多數(shù)據(jù)”方式，將數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)子集，然后以子集為粒度并行執(zhí)行程序處理不同的數(shù)據(jù)子集。

（2）原位可視化

數(shù)值模擬過(guò)程中生成可視化，用于緩解大規(guī)模數(shù)值模擬輸出瓶頸。根據(jù)輸出不同，原位可視化分為圖像、分布、壓縮與特征。

輸出為圖像的原位可視化，在數(shù)值模擬過(guò)程中，將數(shù)據(jù)映射為可視化，并保存為圖像。

輸出為分布數(shù)據(jù)的原位可視化，根據(jù)使用者定義的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，在數(shù)值模擬過(guò)程中計(jì)算統(tǒng)計(jì)指標(biāo)并保存，后續(xù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化；

輸出為壓縮數(shù)據(jù)的原位可視化采用壓縮算法降低數(shù)值模擬數(shù)據(jù)輸出規(guī)模，將壓縮數(shù)據(jù)作為后續(xù)可視化處理的輸入；

輸出為特征的原位可視化采用特征提取方法，在數(shù)值模擬過(guò)程中提取特征并保存，將特征數(shù)據(jù)作為后續(xù)可視化處理的輸入。

（3）時(shí)序數(shù)據(jù)可視化

時(shí)序數(shù)據(jù)可視化是幫助人類(lèi)通過(guò)數(shù)據(jù)的視角觀察過(guò)去，預(yù)測(cè)未來(lái)，例如建立預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析和用戶(hù)行為分析。

面積圖可顯示某時(shí)間段內(nèi)量化數(shù)值的變化和發(fā)展，最常用來(lái)顯示趨勢(shì)。氣泡圖可以將其中一條軸的變量設(shè)置為時(shí)間，或者把數(shù)據(jù)變量隨時(shí)間的變化制成動(dòng)畫(huà)來(lái)顯示。蠟燭圖通常用作交易工具。

甘特圖通常用作項(xiàng)目管理的組織工具，熱圖通過(guò)色彩變化來(lái)顯示數(shù)據(jù)，直方圖適合用來(lái)顯示在連續(xù)間隔或特定時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)分布。

折線圖用于在連續(xù)間隔或時(shí)間跨度上顯示定量數(shù)值，最常用來(lái)顯示趨勢(shì)和關(guān)系。南丁格爾玫瑰圖繪制于極坐標(biāo)系之上，適用于周期性時(shí)序數(shù)據(jù)。OHLC圖通常用作交易工具。

螺旋圖沿阿基米德螺旋線繪制基于時(shí)間的數(shù)據(jù)。堆疊式面積圖的原理與簡(jiǎn)單面積圖相同，但它能同時(shí)顯示多個(gè)數(shù)據(jù)系列。量化波形圖可顯示不同類(lèi)別的數(shù)據(jù)隨著時(shí)間的變化。

另外，具有空間位置信息的時(shí)序數(shù)據(jù)，常常將上述可視化方法地圖結(jié)合，例如軌跡圖。

常用的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)和方法有哪些。中琛魔方大數(shù)據(jù)平臺(tái)表示在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，為了讓大眾更方便地享受數(shù)據(jù)結(jié)果，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的可視化技術(shù)基于計(jì)算機(jī)圖形的繪制，在傳統(tǒng)的可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)據(jù)圖象處理技術(shù)和其他主流智能技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代可視化技術(shù)取得了一定的發(fā)展成果。

責(zé)任編輯：gt