数据可视化
出版社:电子工业出版社
出版日期:2013-12
ISBN:9787121211546
作者:陈为,沈则潜
页数:668页
书籍目录
基 础 篇
第1 章 数据可视化简介 ............................................................................2
1.1 可视化释义 ..................................................................................................2
1.2 可视化简史 .......................................................................................................8
1.3 数据可视化详解 ............................................................................................................23
1.3.1 数据科学的发展 .................................................................................................23
1.3.2 数据可视化的意义 .............................................................................................25
1.3.3 数据可视化分类 .................................................................................................29
1.3.4 数据可视化与其他学科领域的关系 .................................................................38
1.4 数据可视化研究挑战 ....................................................................................................43
参考文献 .........................................................................................................44
第2 章 视觉感知与认知 ..........................................................................47
2.1 视觉感知和认知 ............................................................................................................47
2.1.1 视觉感知和认知的定义 .....................................................................................48
2.1.2 视觉感知处理过程 .............................................................................................48
2.1.3 格式塔理论 .........................................................................................................49
2.2 颜色 ...............................................................................................................................54
2.2.1 颜色刺激理论 .....................................................................................................54
2.2.2 色彩空间 .............................................................................................................58
2.3 视觉编码原则 ................................................................................................................62
2.3.1 相对性和绝对性 .................................................................................................63
2.3.2 标记和视觉通道 .................................................................................................64
2.3.3 视觉通道的概念 .................................................................................................66
2.3.4 视觉通道的特性 .................................................................................................72
参考文献 ..........................................................................................................81
第3 章 数据 ............................................................................................84
3.1 数据释义 ..................................................................................................84
3.1.1 数据基础 .............................................................................................................84
3.1.2 数据科学及过程 .................................................................................................87
3.2 数据获取和预处理 ........................................................................................................91
3.2.1 数据获取 .............................................................................................................91
3.2.2 数据预处理 .........................................................................................................92
3.3 数据组织与管理 ............................................................................................................93
3.3.1 数据清洗与精简 .................................................................................................95
3.3.2 数据整合与集成 .................................................................................................97
3.3.3 数据库 .................................................................................................................99
3.3.4 数据仓库 ...........................................................................................................102
3.4 数据分析与挖掘 ..........................................................................................................103
3.4.1 探索式数据分析 ...............................................................................................105
3.4.2 联机分析处理 ...................................................................................................105
3.4.3 数据挖掘 ...........................................................................................................108
3.5 数据工作流 .......................................................................................................... 113
3.6 数据科学的挑战 .................................................................................................. 116
参考文献 ............................................................................................................... 117
第4 章 数据可视化基础 ........................................................................120
4.1 数据可视化基本框架 ..................................................................................................120
4.1.1 数据可视化流程 ...............................................................................................120
4.1.2 数据可视化设计 ...............................................................................................124
4.2 可视化中的数据 ..........................................................................................................127
4.2.1 数据认知 ...........................................................................................................127
4.2.2 数据类型 ...........................................................................................................127
4.3 可视化的基本图表 ......................................................................................................129
4.3.1 原始数据绘图 ...................................................................................................129
4.3.2 简单统计值标绘 ...............................................................................................134
4.3.3 多视图协调关联 ...............................................................................................135
4.4 可视化设计原则 ..........................................................................................................137
4.4.1 数据到可视化的直观映射 ...............................................................................137
4.4.2 视图选择与交互设计 .......................................................................................139
目录 XIII
4.4.3 信息密度——数据的筛选 ...............................................................................140
4.4.4 美学因素 ...........................................................................................................141
4.4.5 动画与过渡 .......................................................................................................143
4.4.6 可视化隐喻 .......................................................................................................147
4.4.7 颜色与透明度 ...................................................................................................148
4.5 可视化理论发展 ..........................................................................................................148
4.5.1 图形符号学 .......................................................................................................149
4.5.2 关系数据的图形表示 .......................................................................................150
4.5.3 图形语法 ...........................................................................................................151
4.5.4 基于数据类型的研究 .......................................................................................152
4.5.5 基于数据状态模型的研究 ...............................................................................153
4.5.6 多维关系数据库可视化分析系统 ...................................................................154
参考文献 .........................................................................................................155
时空数据篇
第5 章 空间标量场可视化 .....................................................................158
5.1 一维标量场可视化 ......................................................................................................158
5.2 二维标量场可视化 ......................................................................................................160
5.2.1 颜色映射 ...........................................................................................................161
5.2.2 等值线提取 .......................................................................................................162
5.2.3 高度图 ...............................................................................................................162
5.3 三维标量场数据可视化 ..............................................................................................163
5.3.1 空间数据表达 ...................................................................................................165
5.3.2 空间数据特征计算 ...........................................................................................169
5.3.3 间接体绘制 .......................................................................................................173
5.3.4 规则三维标量场的直接体可视化 ...................................................................178
5.3.5 不规则体数据的体可视化 ...............................................................................201
参考文献 ..................................................................................................212
第6 章 地理信息可视化 ........................................................................220
6.1 地图投影 .........................................................................................221
6.1.1 墨卡托投影 .......................................................................................................221
6.1.2 亚尔勃斯投影 ...................................................................................................223
6.1.3 方位角投影 .......................................................................................................224
6.2 点数据的可视化 ..........................................................................................................225
6.3 线数据的可视化 ..........................................................................................................230
6.4 区域数据的可视化 ......................................................................................................235
6.4.1 Choropleth 地图 ................................................................................................235
6.4.2 Cartogram ..........................................................................................................237
6.4.3 规则形状地图 ...................................................................................................238
6.4.4 多元关系地图 ...................................................................................................239
6.5 地理信息可视化的应用 ..............................................................................................241
6.5.1 地球与生存环境 ...............................................................................................241
6.5.2 城市与日常生活 ...............................................................................................243
6.5.3 地理时空数据 ...................................................................................................246
6.5.4 复杂地理数据的可视分析 ...............................................................................247
6.6 地理信息可视化的其他挑战 ......................................................................................249
6.6.1 地图标注 ...........................................................................................................249
6.6.2 地图综合 ...........................................................................................................249
6.6.3 在线地图 ...........................................................................................................249
参考文献 ................................................................................................250
第7 章 大规模多变量空间数据场可视化 ...............................................253
7.1 大规模空间标量场数据的实时体可视化 ..................................................................254
7.1.1 大规模空间标量场数据的单机绘制 ...............................................................254
7.1.2 大规模空间标量场数据的并行绘制 ...............................................................254
7.1.3 时变空间标量场数据加速绘制方法 ...............................................................255
7.2 时变异构空间数据场的特征追踪与可视化 ..............................................................256
7.2.1 时变空间标量场数据的特征提取 ...................................................................257
7.2.2 异构数据的特征融合 .......................................................................................257
7.2.3 时变空间标量场数据的特征追踪 ...................................................................258
7.3 空间向量场数据可视化 ..............................................................................................260
7.3.1 图标法 ...............................................................................................................261
7.3.2 几何法 ...............................................................................................................263
7.3.3 纹理法 ...............................................................................................................268
7.3.4 拓扑法 ..............................................................................................................271
7.4 空间张量场数据可视化 ..............................................................................................273
7.4.1 张量场的数学描述 ...........................................................................................274
7.4.2 基于几何的方法 ...............................................................................................277
7.4.3 基于纹理的方法 ...............................................................................................280
7.4.4 基于拓扑的方法 ...............................................................................................283
7.4.5 高阶张量场可视化 ...........................................................................................285
7.5 多变量空间数据场可视化 ..........................................................................................287
7.5.1 多变量空间数据场的数据分析与表达 ...........................................................288
7.5.2 多变量空间数据场的可视化与交互 ...............................................................289
参考文献 ............................................................................................................292
第8 章 时变数据可视化 ........................................................................302
8.1 时间属性的可视化 ......................................................................................................304
8.1.1 线性和周期时间可视化 ...................................................................................304
8.1.2 日历时间可视化 ...............................................................................................307
8.1.3 分支和多角度时间可视化 ...............................................................................309
8.1.4 时间属性的动态可视化 ...................................................................................313
8.2 多变量时变型数据可视化 ..........................................................................................314
8.2.1 基于线表示的可视化 .......................................................................................314
8.2.2 基于图结构的可视化 .......................................................................................317
8.2.3 时间序列数据的可视化交互 ...........................................................................318
8.3 流数据可视化 .................................................................................319
8.3.1 流数据可视化模型 ...........................................................................................320
8.3.2 流数据处理技术 ...............................................................................................321
8.3.3 流数据可视化案例 ...........................................................................................324
8.3.4 并行流计算框架 ...............................................................................................329
参考文献 ..................................................................................................331
非时空数据篇
第9 章 层次和网络数据可视化 ..............................................................336
9.1 层次数据 ...............................................................................................336
9.1.1 层次数据的可视化 ...........................................................................................339
9.1.2 节点- 链接法 ...................................................................................................340
9.1.3 空间填充法 .......................................................................................................346
9.1.4 其他方法 ...........................................................................................................351
9.2 网络数据 .......................................................................................353
9.2.1 网络和图 ...........................................................................................................353
9.2.2 网络数据可视化 ...............................................................................................354
9.2.3 网络数据的地图隐喻可视化 ...........................................................................365
9.2.4 超图及其可视化 ...............................................................................................368
9.2.5 动态网络数据可视化 .......................................................................................371
9.2.6 图可视化的视觉效果 .......................................................................................372
9.2.7 图可视化中的交互 ...........................................................................................378
9.2.8 网络数据可视化的挑战 ...................................................................................380
参考文献 ...................................................................................................381
第10 章 文本和文档可视化 ...................................................................387
10.1 文本可视化释义 ........................................................................................................387
10.1.1 文本信息的层级 .............................................................................................387
10.1.2 文本可视化的研究内容 .................................................................................388
10.1.3 文本可视化流程 .............................................................................................388
10.2 文本信息分析基础 ....................................................................................................390
10.2.1 分词技术和词干提取 .....................................................................................390
10.2.2 向量空间模型 .................................................................................................390
10.2.3 主题抽取 .........................................................................................................392
10.3 文本内容可视化 ........................................................................................................393
10.3.1 基于关键词的文本内容可视化 .....................................................................393
10.3.2 时序性的文本内容可视化 .............................................................................397
10.3.3 文本特征的分布模式可视化 .........................................................................400
10.3.4 情感分析可视化 .............................................................................................403
10.3.5 文档信息检索可视化 .....................................................................................405
10.3.6 软件可视化 .....................................................................................................406
10.4 文本关系可视化 ........................................................................................................408
10.4.1 基于图的文本关系可视化 .............................................................................408
10.4.2 文档集合关系可视化 .....................................................................................409
10.5 文本多层面信息的可视表达 ....................................................................................413
10.6 总结 ....................................................................................................415
参考文献 .................................................................................................415
第11 章 跨媒体数据可视化 ...................................................................418
11.1 图像 ...............................................................................................418
11.1.1 图像网格 .........................................................................................................418
11.1.2 时空采样 .........................................................................................................419
11.1.3 基于相似性的图像集可视化 .........................................................................420
11.1.4 基于海塞图的社交图像可视化 .....................................................................422
11.2 视频 ..................................................................................................422
11.2.1 视频概要可视化 .............................................................................................423
11.2.2 视频立方 .........................................................................................................424
11.2.3 视频可视摘要 .................................................................................................426
11.3 声音与音乐 ................................................................................................................427
11.3.1 声乐波形可视化 .............................................................................................429
11.3.2 声乐结构的可视化 .........................................................................................429
11.4 超媒体 ..........................................................................................432
11.4.1 微博可视化 .....................................................................................................434
11.4.2 社交网络可视化 .............................................................................................441
11.4.3 数字生活可视化 .............................................................................................450
参考文献 ................................................................................................453
第12 章 复杂高维多元数据的可视化 ....................................................456
12.1 高维多元数据 ............................................................................................................457
12.1.1 空间映射法 .....................................................................................................458
12.1.2 图标法 .............................................................................................................467
12.1.3 基于像素图的方法 .........................................................................................469
12.2 非结构化与异构数据的可视化 ................................................................................472
12.2.1 非结构化数据 .................................................................................................472
12.2.2 异构数据 .........................................................................................................474
12.3 大尺度数据的可视化 ................................................................................................477
12.3.1 基于并行的大尺度数据高分辨率可视化 .....................................................477
12.3.2 大尺度数据的分而治之可视化与分析 .........................................................480
12.4 数据不确定性的可视化 ............................................................................................483
12.4.1 不确定性的基本定义 .....................................................................................484
12.4.2 不确定性的来源 .............................................................................................484
12.4.3 不确定性的可视化方法 .................................................................................485
参考文献 ..............................................................................................498
用 户 篇
第13 章 可视化中的交互 ......................................................................504
13.1 交互准则 ............................................................................................505
13.1.1 交互延时 .........................................................................................................505
13.1.2 交互成本 .........................................................................................................507
13.1.3 交互场景变化 .................................................................................................508
13.2 交互分类 ..........................................................................................509
13.2.1 按低阶交互操作分类 .....................................................................................509
13.2.2 按交互操作符与空间分类 .............................................................................510
13.2.3 按交互任务分类 .............................................................................................510
13.3 交互技术 .................................................................................................. 511
13.3.1 选择 ................................................................................................................. 511
13.3.2 导航 .................................................................................................................512
13.3.3 重配 .................................................................................................................514
13.3.4 编码 .................................................................................................................515
13.3.5 抽象/ 具象 ......................................................................................................515
13.3.6 过滤 .................................................................................................................516
13.3.7 关联 .................................................................................................................519
13.3.8 概览+ 细节 ....................................................................................................520
13.3.9 焦点+ 上下文 ................................................................................................522
13.4 交互与硬件设备 ........................................................................................................532
13.4.1 交互环境 .........................................................................................................532
13.4.2 交互设备 .........................................................................................................534
参考文献 ..................................................................................................537
第14 章 可视化评测 ..............................................................................543
14.1 评测流程 ........................................................................................544
14.2 影响评测效度的因素 ................................................................................................545
14.2.1 参与用户 .........................................................................................................545
14.2.2 测试任务 .........................................................................................................546
14.2.3 数据类型 .........................................................................................................547
14.2.4 评测指标 .........................................................................................................549
14.3 评测方法 ............................................................................................550
14.4 评测实例分析 ............................................................................................................551
14.5 总结 .............................................................................................558
参考文献 .......................................................................................................558
第15 章 面向领域的数据可视化 ............................................................560
15.1 高性能科学计算 ........................................................................................................560
15.1.1 高性能科学可视化的挑战 .............................................................................561
15.1.2 重要信息的提取和显示 .................................................................................564
15.1.3 原位可视化 .....................................................................................................566
15.1.4 未来挑战 .........................................................................................................568
15.2 生命科学 .........................................................................................569
15.2.1 临床医学影像 .................................................................................................569
15.2.2 其他影像 .........................................................................................................574
15.2.3 电生理信号 .....................................................................................................576
15.2.4 OMICS 组学 ...................................................................................................580
15.3 其他科学与艺术 ........................................................................................................584
15.3.1 气候学与气象中的可视化 .............................................................................584
15.3.2 面向艺术的表意性可视化 .............................................................................587
15.4 网络与系统安全的可视化 ........................................................................................591
15.4.1 基于可视变换的虫洞攻击可视化 .................................................................591
15.4.2 可信计算的可视化 .........................................................................................592
15.4.3 安全日志数据的可视化 .................................................................................593
15.5 商业智能可视化 ........................................................................................................593
15.5.1 商业智能 .........................................................................................................593
15.5.2 商业智能中的数据可视化 .............................................................................594
15.5.3 未来趋势 .........................................................................................................599
15.6 金融数据可视化 ........................................................................................................599
15.6.1 金融可视化图表元素 .....................................................................................599
15.6.2 金融数据可视分析 .........................................................................................602
参考文献 ..................................................................................................605
第16 章 可视化研究与开发资源 ............................................................ 611
16.1 可视化软件 ................................................................................................... 611
16.1.1 医学可视化软件 ............................................................................................. 611
16.1.2 科学可视化软件 .............................................................................................614
16.1.3 信息可视化软件 .............................................................................................617
16.1.4 可视分析软件 .................................................................................................622
16.2 可视化开发工具 ........................................................................................................623
16.2.1 应用程序开发工具 .........................................................................................623
16.2.2 Web 应用开发工具.........................................................................................626
16.3 数据分析和数据挖掘软件与开发工具 ....................................................................627
16.4 可视化数据集资源 ....................................................................................................629
16.5 可视化信息资源 ........................................................................................................630
16.6 可视化研究机构 ........................................................................................................631
16.6.1 大陆可视化科研机构 .....................................................................................631
16.6.2 海外可视化科研机构 .....................................................................................632
作者简介
全书共有16 章，分为4 篇。基础篇，阐述数据可视化的基础理论和概念，从人的感知和认知出发，介绍数据模型和可视化基础；时空数据篇，介绍带有空间坐标或时间信息的数据的可视化方法，此类数据通过设备在真实物理空间中采集得到或由科学计算模拟产生；非时空数据篇，描述非结构化和非几何的抽象数据的可视化，这些数据既存在于真实物理空间，又是社会空间和网络信息空间的基本表达形式；用户篇，介绍面向各类数据的可视化在实际应用中共同需要的方法、技术和工具，例如交互和可视化评测方法，以及在具体领域的可视化和应用系统。
本书从研究者的角度，介绍数据可视化的定义、方法、效用和工具，既可作为初学者的领路手册，也可用于可视化研究和可视化工具使用的参考指南。
发布书评
精彩书评 (总计1条)
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从事软件研发工作7年之后，我个人对IT信息化的理解是：信息化初级阶段要做的事情是机器封装简单业务逻辑替代人工完成部分繁琐工作，提升效率并减少人为出错，整体来看处于操作事务层面，这个时候的计算机是人类手臂的延伸。而信息化高级阶段，需要计算机封装更高级的业务逻辑，甚至完成一些人类大脑都无法完成的更智能的高阶计算，提供人类行为决策的参考，整体来看是处于战略决策层面，这个时候的计算机是人类大脑的延伸。在这个大脑中大数据技术是关键，随着大数据越来越火，数据科学（Data Science）成为研究最热门的学科，数据科学家（Data Scientist）也成为了二十一世纪最性感的职业。我有幸在此领域探索，这样的前沿领域充满大量机遇也也面临很多挑战。大数据技术按照简单的划分可分为数据组织和管理、数据分析和挖掘、数据可视化。其中前两部分有大量热门研究人员和热门技术如大数据最大生态圈Hadoop、各种NoSQL、NewSQL、分布式文件，有发展速度最快的非常适合数据挖据的Spark等等，我个人作为数据库产品研发背景的工程师，很多精力都花在这些技术上面。一个偶然的机会，近一个月都在做数据可视化的工作，这也算是补齐我在整个知识体系上的缺陷。数据可视化对我来说是比较陌生的领域，我的粗浅理解就是各种统计图表和一些很炫酷能说明问题的图。技术圈子有一个非常不好的东西叫做“鄙视链”。后端人员总是鄙视前端人员，觉得做前端的技术含量不高。但其实我想说，这天下没有容易的事情，任何事想做到精益求精都很难，每个领域其实水都很深，不在此领域探索的圈外人一般理解比较简单。我个人学习新领域的思路一般是：若是成熟领域则寻找经典图书或论文，建立知识框架体系，借鉴成熟方法论，事半功倍。对于数据可视化来说，其实已经有一些成熟的方法论了。从1990年提出的“科学可视化”到1995年发展出的“信息可视化”，然后到2006年衍生出的“可视化分析”，数据可视化三大领域基本成型。国内浙江大学CAD&CG实验室是国内研究数据可视化的重镇，原主任石教英是中国大陆科学可视化研究与教育的开拓者之一，现在实验室数据可视化学科带头人是其学生陈为教授，其在数据可视化圈里有很大影响力。陈为教授联合美国ebay研究院资深科学家以及国内外可视化领域的专家学者一些编著的《数据可视化》则是我系统学习此领域知识，初步建立方法论的不二之选。
精彩短评 (总计21条)
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今年4月以来，我终于有时间仔细研究相关问题。阅读大量文献资料，尤其是购买了几本专著，如《数据之美》、《可视化数据》、 《数据可视化之美》、《鲜活的数据》、《数据可视化实战:使用D3设计交互式图表》以及一系列数据挖掘相关的案例及算法书。但最给我有开阔视野、醍醐灌顶之功效的书，还是这本浙大陈为教授等人编著的大数据丛书:数据可视化。本来国内可视化领域的专著就极少，市面上基本是国外翻译书的天下。而我得说这是我目前看过的，最系统，最专业的，涵盖全面的教材。首先，分类明确，结构清晰；其次用例翔实，资料丰富，2013年编著所以资料很新，且每章都有参考文献，最后还有一大堆资料连接，简直是论文宝典；最后，全彩印刷，效果一级棒。
当然，这本书偏向于理论。对于有写论文需求的人很有用，对只是恰巧搞开发的人就一般了 -
适合用作理论基础的学习，但是操作性不强。基本涵盖了数据可视化的方方面面，看到了从来没见过的数据分析图 -
就推广一下~~~~^ ^ -
PDF -
像手册 -
挺全面 因为可视化涉及了各种领域 而且我也完全不懂技术 只是跳着把设计部分尤其是媒体常见的可视化领域看了一遍 也不少收获 比起空有案例的一些书好多了 -
介绍性书籍，要想深入，还得按图索骥。 -
最近两个月一直放在手边当成工具书查阅着。如果作为专著可以洗洗睡了，如果作为教科书这本书是填补空白性质的索引性书籍，定位也非常明晰。对于整个学科领域有较好的理论梳理，对算法的描述则较为粗疏，对于开发实现只字未提。5星好评。 -
一切都可以使用可视化图形来表示出来。 -
对可视化领域覆盖全面的一本参考书，提供了充分的实例，带来很多启发。并且，有分析对比，还提供了科研用途的参考文献。 -
概览中的概览 -
很系统，当然整体上偏介绍性的啊，要看细节就要看作者巨大的Reference列表。 -
数据可视化领域第一本且是目前唯一一本中文理论综述，学术态度严谨，质量不错。 -
书中讲了很多可视化技术方面的内容，也涉及了一些可视化设计方面的内容，包括视觉和交互，整体来说还是很全面的。不过作为一个设计师去这本书，相对设计方面的内容偏少、偏浅。 -
这是一本严肃的学术专著啊 -
虽然是在说可视化 但却和前端编程无关 是一本理论研究类书籍 质量上乘 进阶用 -
图例较多，可视化入门书籍，算法描述较少 -
目前相对全面的数据可视化的教材了 -
系统介绍可视化的教材了 ，很不错，条理清晰，内容丰富，参考文献齐全
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砖头一块，很是喜欢，查询字典，大大有用。 -
很全面的书，陈为老师的著作！