一种同构层次数据对比可视分析方法和应用技术

本发明专利技术公布了一种同构层次数据对比可视分析方法和应用，用节点‑链接法中的同构树表达层次结构，结合平行坐标进行布局，使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析；包括：对数据进行预处理，得到多个异构层次数据集；基于多个异构层次数据集，通过结构整合和减枝，抽取同构信息建立同构树；通过布局算法对同构树进行布局；结合同构树布局与平行坐标系，在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析。本发明专利技术支持对各节点属性值的对比分析，包括最大和最小值、属性值高低的分布模式和变化趋势、属性之间的关联等，可应用于对食品安全领域中多国MRL数据进行可视化。

A method and application of isomorphic visual analysis of hierarchical data

The invention discloses a comparison isomorphism hierarchical data visual analysis method and application, expression of hierarchical structure with isomorphism tree node link method, combined with the parallel coordinate layout, the display hierarchy data can also carry out comparative analysis of the data; including: data preprocessing to get more a heterogeneous hierarchical data set; heterogeneous data based on the level set by the restructuring and reduction sticks, extraction of information to establish the isomorphism isomorphism isomorphism tree; the layout of the tree by the layout algorithm; node layout and parallel coordinate contract b.papyrifera, in hierarchical relational data and can also carry out comparative analysis of the data. The invention supports the analysis and comparison of various node attribute values, including between the maximum and minimum value, attribute value distribution model of level and trend, change attributes association, can be applied to the visualization of multi MRL data in the field of food safety.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息可视化
，涉及层次数据对比可视分析方法，尤其涉及针对同构数据的层次特征建立的新型的平行坐标可视分析方法和应用，用于同构层次数据的对比分析。
技术介绍
在不同领域中，经常需要对比多个层次数据。层次数据分为同构和异构两种。异构是指层次数据中的部分数据结构不完全相同。同构是指层次数据中的所有数据结构均相同。农药残留是影响我国食品安全的主要因素之一，目前国际上通常用最大农药残留限量(下简称MRL)作为判定食品和农产品质量安全的依据。MRL是指某种农药在某种农产品中允许存在的最大限量值。食品中农药残留超标不仅会给人类的健康和生命带来威胁，还制约着食品的对外贸易，危及社会的繁荣和稳定。因此对比分析多国MRL标准，推动我国食品安全标准与国际标准接轨，提高食品安全的监管力度，增强我国食品在国际市场上的竞争力，具有十分重要的意义。当前，食品工业的发展计划在国家“十一五”和“十二五”中明确提出了需要解决食品安全的问题。通过对MRL标准数据的分析可知，农产品具有分层结构，各国MRL标准值具有可对比性，是典型的层次可对比数据。综上所述，多国MRL数据具有典型的层次属性和可对比性。层次数据的可视化是目前的热点问题。现有的表示层次数据的方法主要包括节点-链接法和空间填充法两种。空间填充法中的树图利用面积显示数据，陈等人已经对8种常用的树图布局算法进行对比与优化研究，但是在显示层次关系上，空间填充法表现不及节点-链接法。节点-链接法可以直观清晰地表示承接的层次关系。在信息可视化领域，多维数据的表示方法已相对成熟，其中平行坐标就是一种用于显示高维多元数据的可视化方法。平行坐标是将多维数据在两维平面显示出来，通过交互，人们可以更容易地发现数据背后隐含的规律。平行坐标可以良好地展示多维数据，但在层次数据展示方面却表现不佳；节点-链接法可以清楚地显示层次数据，但在数据对比方面略有欠缺。因此，现有可视化方法存在的不足，一方面是在对比数据的时候，往往无法兼顾层次属性；另一方面，单独对层次结构进行可视化的方法往往无法直观地对比各个节点的数值大小。如何在兼顾显示层次信息的同时进行数据对比成为了可视化领域一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于平行坐标和节点-链接树的同构层次数据对比可视分析方法PCNL(全称为Parallel Coordinates and Node-Link)，将节点-链接法中的同构树表达层次结构的思想与平行坐标相结合，通过交互手段，使之展现层次化关系的同时，还可以进行数据的对比分析。本专利技术的原理是：采用平行坐标模型可以有效地对数值进行对比，考虑到异构层次数据很难在平行坐标中表示，通过对同构层次数据的信息抽取，结合节点-链接法显示，可以良好地解决同构层次数据的对比问题。因此，本专利技术将现有传统的平行坐标可视化方法进行改进，加入节点-链接法的同构树思想，通过布局算法，颜色编码，形成一种具有用户交互功能且能够显示层次特性和数据对比的平行坐标图。本专利技术提出的能够兼顾显示同构层次数据和对比的可视化方法，首先对多个异构层次数据集进行对比统计，抽取出其中的同构信息，用节点链接法构建同构树；然后将节点链接与平行坐标结合，用平行坐标展示多个同构树中叶子节点的属性值，通过对节点进行布局、颜色编码，形成多个同构层次数据的平行坐标可视化表达；最后通过刷技术，点击高亮交互手段可有效的对比分析多个同构层次结构中每个叶子节点的多个属性。本专利技术方法可应用于对食品安全领域中多国MRL数据进行可视化。将该方法应用于MRL标准数据中，不仅可以体现多国农产品的层次结构，还可以对比单一农产品对应的各国MRL标准数值，有助于研究和找出中国MRL标准中存在的问题。本专利技术提供的技术方案是：一种同构层次数据对比可视分析方法，用节点-链接法中的同构树表达层次结构，结合平行坐标进行布局，使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析；包括如下步骤：A)对数据进行预处理，得到多个异构层次数据集；B)基于多个异构层次数据集，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，建立同构树；C)通过布局算法对同构树进行布局，所述布局算法将与根节点相连的一族子树称为一个子树簇，统计同构树中每个子树簇的叶子节点个数，按照叶子节点个数从多到少排序，将叶子节点个数最多的子树簇称为第一个子树簇，将所述第一个子树簇布局在图形中央，剩余的子树簇按照叶子节点个数从多到少依次排列在所述第一个子树簇的上下两端；D)结合C)所述同构树布局与平行坐标系进行数据可视化，具体将平行坐标的列抽象显示为不同层次结构叶子节点的值，由此建立同构树布局与平行坐标系之间的关联；再增加一列用来显示不同数据的属性值；由此使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析。针对上述同构层次数据对比可视分析方法，进一步地，步骤B)设定所述多个异构层次数据集为n，n至少为2；将n个异构层次数据集表示为n个具有层次结构的树形结构，分别记为树A、树B、树C、...共n个树，记录各个树中各个节点的层次信息；基于所述n个树建立同构树，具体包括如下步骤：B11.n个树中，以树A为对比对象，对比树A与树B的层次结构和各个节点的信息，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，形成新的同构树；B12.以新形成的树为对比对象，逐个与n个树中余下的树中的其中一个树形结构进行层次结构和节点信息的对比，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，形成新的同构树；B13.重复B12中的步骤，直至遍历所有n个树，得到最后的同构树t。针对上述同构层次数据对比可视分析方法，进一步地，步骤C)中，设定n为同构树中叶子结点的总数；m为同构树中子树簇的总数；k为同构树的深度；定义Sij为第i棵子树中第j个叶子节点的位置，其中i表示子树的编号，j表示叶子节点的编号；设定Sh表示当前已布局叶子节点的上边界位置；Sl表示当前已布局叶子节点下边界的位置；定义Hi’j’为第i’颗子树中第j’个子节点位置，其中i’表示子树的编号，j’表示子节点的编号；定义F(Hi’j’,k)为位于k层的第i’颗子树中第j’个子节点的定位函数；所述布局算法具体包括如下步骤：step1：将坐标轴分为n等份，将第一个子树簇中的所有叶子节点按照所在子树进行编号，初始化S11的位置为：；step2：布局其余的叶子节点，直至遍历该子树的所有叶子节点：step3：定义该子树簇中其余子树的叶子节点位置：step4：计算上一层父节点位置的定位函数F(Hi’j’,k)：step5：令Hi’j’为新的子节点，重复step4，逐层向上递归计算，直至遍历整个子树簇。step6：重复step3计算新的叶子节点位置，遍历一个完整的子树簇后，重复step4和step5，直至形成新的子树簇；step7：重复step6，直至m个子树簇被遍历完，输出结果。针对上述同构层次数据对比可视分析方法，更进一步地，所述第i棵子树中第j个叶子节点的位置Sij也是在步骤D)所述平行坐标系中的纵坐标，从而建立同构树布局与平行坐标系之间的关联。针对上述同构层次数据对比可视分析方法，进一步地，采用颜色标识区分不同数据。还可通过交互可视化方法对数据进行筛选可视化。所述交互方法包括刷技术和点击高亮方法。本专利技术将上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同构层次数据对比可视分析方法，用节点‑链接法中的同构树表达层次结构，结合平行坐标进行布局，使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析；包括如下步骤：A)对数据进行预处理，得到多个异构层次数据集；B)基于多个异构层次数据集，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，建立同构树；C)通过布局算法对同构树进行布局，所述布局算法将与根节点相连的一族子树称为一个子树簇，统计同构树中每个子树簇的叶子节点个数，按照叶子节点个数从多到少排序，将叶子节点个数最多的子树簇称为第一个子树簇，将所述第一个子树簇布局在图形中央，剩余的子树簇按照叶子节点个数从多到少依次排列在所述第一个子树簇的上下两端；D)结合C)所述同构树布局与平行坐标系进行数据可视化，具体将平行坐标的列抽象显示为不同层次结构叶子节点的值，由此建立同构树布局与平行坐标系之间的关联；再增加一列用来显示不同数据的属性值；由此使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析。

【技术特征摘要】
1.一种同构层次数据对比可视分析方法，用节点-链接法中的同构树表达层次结构，结合平行坐标进行布局，使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析；包括如下步骤：A)对数据进行预处理，得到多个异构层次数据集；B)基于多个异构层次数据集，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，建立同构树；C)通过布局算法对同构树进行布局，所述布局算法将与根节点相连的一族子树称为一个子树簇，统计同构树中每个子树簇的叶子节点个数，按照叶子节点个数从多到少排序，将叶子节点个数最多的子树簇称为第一个子树簇，将所述第一个子树簇布局在图形中央，剩余的子树簇按照叶子节点个数从多到少依次排列在所述第一个子树簇的上下两端；D)结合C)所述同构树布局与平行坐标系进行数据可视化，具体将平行坐标的列抽象显示为不同层次结构叶子节点的值，由此建立同构树布局与平行坐标系之间的关联；再增加一列用来显示不同数据的属性值；由此使得在展现数据的层次化关系的同时还可进行数据的对比分析。2.如权利要求1所述同构层次数据对比可视分析方法，其特征是，步骤B)设定所述多个异构层次数据集为n，n至少为2；将n个异构层次数据集表示为n个具有层次结构的树形结构，分别记为树A、树B、树C、...共n个树，记录各个树中各个节点的层次信息；基于所述n个树建立同构树，具体包括如下步骤：B11.n个树中，以树A为对比对象，对比树A与树B的层次结构和各个节点的信息，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，形成新的同构树；B12.以新形成的树为对比对象，逐个与n个树中余下的树中的其中一个树形结构进行层次结构和节点信息的对比，通过结构整合和减枝，抽取同构信息，形成新的同构树；B13.重复B12中的步骤，直至遍历所有n个树，得到最后的同构树t。3.如权利要求1所述同构层次数据对比可视分析方法，其特征是，步骤C)中，设定n为同构树中叶子结点的总数；m为同构树中子树簇的总数；k为同构树的深度；定义Sij为第i棵子树中第j个叶子节点的位置，其中i表示子树的编号，j表示叶子节点的编号；设定Sh表示当前已布局叶子节点的上边界位；Sl表示当前已布局叶子节点下边界的位置；定义Hi’j’为第i’颗子树中第j’个子节点位置，其中i’表示子树的编号，j’表示子节点的编号；定义F(Hi’j’,k)为位于k层的第i’颗子树中第j’个子节点的定位函数；所述布局算法具体包括如下步骤：step1：将坐标轴分为n等份，将第一个子树簇中的所有叶子节点按照所在子树进行编号，初始化S11的位置为：step2：布局其余的叶子节点，直至遍历该子树的所有叶子节点：step3：定义该子树簇中其余子树的叶子节点位置为：step4：计算上一层父节点位置的定位函数F(Hi’j’,k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈谊，董禹，孙悦红，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京;11