第一章 数据可视化的概述

第一节 数据可视化的由来

一、概述

“大数据（Big Data）时代”已经来到，互联网上的数据每两年翻一番，当今全球超过90%的数据都来自近十年。大数据的力量，正在冲击着社会的各行各业，除了政府机构、媒体（传统媒体）、企业等提供着越来越多的数据以外，新兴的社会化媒体（如SNS社区）、物联网技术（如智能手机）等的应用普遍化，正在彻底改变人们日常的学习和生活，如发微博、网上购物、浏览网页等已经成为人们日常生活的一部分。互联网的海量数据爆发，介入人类生活的深入化，这不得不说是对当今社会的一个重大挑战。

随着科学技术的不断发展，计算机的计算能力和存储能力以及互联网技术的迅速提升，身处大数据时代的人不仅需要处理的数据量越来越大，如每天产生3亿VISA信用卡交易额，成千上万复杂的金融股票交易和2100亿封电子邮件数据；而且数据的高维、多源、多态，获取的动态性、数据关系的异构（如数据的流模式获取、非结构化语义的多重性等）更增加了数据使用的难度。对如此多的海量数据资源进行分析、归纳、利用和挖掘，并从中发现隐藏的模式和规律，已成为当今信息社会的一大问题。

从外界获得的80%以上的信息都来自视觉系统。一幅图胜过千言万语。当你阅读报纸、杂志，看电视新闻或天气预报的时候，都能看到许多数据可视化的例子。例如柱形图通常用来表示人口普查得出的结果；使用趋势地形图来表达地理和天气的模式等。这种可视化的新视觉表达形式随信息社会蓬勃发展而诞生，顺应大数据时代的到来而兴起。它实际上是一个信息转化的过程，是一种展示数据的方式，是对现实世界的抽象信息解读，即将抽象的数据信息、非空间的概念信息、知识信息以及内在的联系，通过处理转化成一种可感知的、能快速识别的形式，以求理解各种各样的数据集合，表现多维数据之间的关联，达到辅助分析、再现客观的目的。因此，数据可视化作为一门新兴的学科，正成为解决海量数据信息处理问题十分有效的方法。

数据可视化（Visualization）是采用各种先进的信息、计算机图形学和图像处理技术以及计算机交互技术，将抽象数据和信息编码转换成具有可视特征的图形图像、视频或动画，并在屏幕上显示出来，然后充分利用人眼的高带宽对图形中的大量信息进行快速观察、分析和推理，促使复杂的数据更容易被理解和使用。

二、重要意义

人类通过视觉通道获得外在世界的图形含义，并向大脑清晰、高效地传递数据中包含的信息，对所获得的大量、复杂和多维的数据进行分析与处理。这就需要提供给我们像人眼一样具有直觉的、交互的和反应灵敏的可视化环境，用户根据自身特定的任务对数据信息按照自身需求进行数据可视化处理。因此，发展数据可视化技术具有十分重要的意义。

（1）大大加快了数据的处理速度，使目前每时每刻都在产生的庞大数据得到有效的利用。

（2）实现了人与人、人与机之间的图像通信，改变了目前的文字或数字通信，从而能使人们观察到使用传统方法难以发现的现象和规律。

（3）使科学家不仅能得到计算结果，而且知道在计算过程中发生了什么现象。并且可以改变参数，观察其影响，对计算过程实现引导和控制。

（4）有了对数据进行可视化的能力，信息的传播就更清晰且有效。

（5）能有效地表达观点，不仅形式上符合审美，功能上也符合需求。

（6）可提供在计算机辅助下的可视化技术手段，从而为在网络分布环境下的计算机辅助协同设计打下基础。

（7）用户可以方便地以交互的方式管理和开发数据，使人工处理数据、绘图仪输出二维图形的时代一去不返。

（8）用户可以看到表示对象或事件的数据的多个属性或变量，而数据可以按其每一维的值，进行分类、排序、组合和显示。

（9）可以用图、曲线、二维图形、三维体和动画来展示数据，并可对其模式和相互关系进行可视化分析。

（10）可大力促进诸医学、地质、海洋、气象、航空、商务、金融、通信等领域的快速发展。