1. 层次数据1.1. 现实世界中很多数据或者数据的某一部分都有内在的层次结构1.2. 层次数据1.2.1. 包含和从属1.2.2. 是一种常见的数据类型着重表达个体之间的层次关系1.2.3. 地球有七大洲每个洲包含若干国家而每个国家又划分为若干省市1.2.4. 在社会组织或者机构里同样存在着分层的从属关系1.2.5. 在人们组织和认知信息的时候层次结构也常常被用到1.2.6. 当人们进行记忆和思维发散时层次结构也能发挥很大的辅助作用1.2.7. 采用多层级的结构对个体进行分类更是图书文献、分类学、物种发展史等学科的核心1.2.8. 层次结构也可以表示逻辑上的承接关系1.2.9. 家谱是描述一个家族里父母与子女关系的图它其实也是一种前后承接的层次关系1.3. 层次结构1.3.1. 可以被抽象成树型Tree结构它是以分支关系定义的非线性结构1.3.2. 树是图Graph的一个特例是只存在父节点和子节点之间连接的图1.3.3. 在一棵树里只有根节点没有父节点其余节点有且仅有一个与之相连的父节点1.3.4. 没有子节点的节点称为叶节点同一个层次具有相同父节点的节点称为兄弟节点每一个节点都可以有若干个子节点1.3.5. 从根节点到某个特定节点之间的连接数量称为该节点的深度1.3.6. 具有相同深度的节点数称为该层的广度2. 层次数据的可视化2.1. 层次数据可视化的要点是对数据中层次关系即树型结构的有效刻画2.2. 节点-链接2.2.1. Node-link2.2.2. 将单个个体绘制成一个节点节点之间的连线表示个体之间的层次关系2.2.3. 代表技术有空间树、圆锥树等2.2.4. 方法直观清晰特别擅长于表示承接的层次关系2.2.5. 当个体数目太多特别是广度和深度相差较大时节点-链接方法的可读性较差2.2.6. 大量数据点聚集在屏幕局部范围难以高效地利用有限的屏幕空间2.3. 空间填充2.3.1. Space-filling2.3.2. 用空间中的分块区域表示数据中的个体并用外层区域对内层区域的包围表示彼此之间的层次关系2.3.3. 更适合于显示包含和从属的关系且具有高效的屏幕空间利用率可呈现更多的数据2.3.4. 缺点在于数据中的层次信息表达不如节点-链接法清晰2.4. 采用混合前两种方法的思路3. 节点-链接法3.1. 核心问题是如何在屏幕上放置节点以及如何绘制节点及节点之间的链接关系3.2. 节点的放置方式取决于具体应用的需求选择什么样的形状或图示表示节点则通常取决于节点所要表现的内容3.3. 节点位置的空间顺序和层次关系一致3.3.1. 层次关系其实是一种有向的关系表达这种关系例如水平延伸、垂直延伸、径向延伸等则可避免使用箭头来标识方向3.3.2. 不但减轻了用户的视觉负担也提高了空间利用率3.4. 减少连线之间的交叉3.4.1. 过多的连线交叉会干扰用户对关系的解读3.5. 减少连线的总长度3.5.1. 连线越长越容易造成解读错误这意味着具有链接关系的节点应尽可能靠近3.6. 可视化应该有一个合适的长宽比以便优化空间的利用3.7. 缩进法3.7.1. 纵横轴布局算法的最简单方法是在二维平面上沿某个轴扩充或缩进子节点同一层次的节点则沿另一个轴展开或收拢3.8. 纵横轴布局算法3.8.1. 算法的要点是自底向上递归计算对于每个父节点确保子树已被绘制采用二维形状的包围盒技术尽可能紧致地包裹子树并用来指导两棵子树的靠拢将父节点放在各子树的中心位置3.9. 电路图它是正交的且有很好的长宽比并且能够高效地利用有限的空间同时它也存在对用户不友好的问题节点与连线太过紧凑只对机器友好3.10. 径向布局3.10.1. 采用径向布局克服空间浪费的问题3.10.2. 根节点位于圆心不同层次的节点被放置在半径不同的同心圆上3.11. 圆锥树Cone Tree是一种在三维空间可视化层次数据的技术它结合了径向布局和正交布局两种思想3.12. 在径向树中圆周的大小随层次深度的增加而线性增长而树节点则往往呈几何级数增长3.13. “焦点上下文”​FocusContext技术以有效地利用空间重点呈现用户关心的重要数据同时简要地表现上下文信息3.14. 兴趣度树DOI Tree被用户选中的节点所在的子树被放大而其他节点则用尽量简略的方式显示甚至相互重叠减少它们占用的空间从而提高整体的空间利用效率4. 空间填充法4.1. 由Johnson和Schneiderman在20世纪90年代初发明的树图Treemap从空间填充的角度实现层次数据的可视化4.2. 树图法采用矩形表示层次结构里的节点父子节点之间的层次关系用矩形之间的相互嵌套隐喻来表达。此方法可以充分利用所有的屏幕空间4.3. 树图可视化的一个核心问题是在递归地分割空间时采用分割方法分割得到的矩形树图的视觉质量通常通过矩形的长宽比来度量4.4. 根据Johnson和Schneiderman发明的交替纵横切分法Slice-and-Dice在整个递归过程中空间依次交替着被横切或者纵切4.5. 正等分法Squarified可有效地改进视觉体验和可视化效果4.6. 当树图的输入数据发生变化时则需要通过另一个质量标准对生成的树图进行度量即树图的稳定性—树图随着数据的变化会发生多大的变化4.7. Tulip4.7.1. 开源软件的文件系统层次结构可视化4.8. 当节点本身带有属性或权重的时候树图法允许用大小或颜色来表示这些属性以便用户直观地观察比重比较大的节点4.9. 由于树图法直观、有效、易于实现在现实世界中被广泛采用4.10. 树图法的一个成功实例是2004年推出的实时显示来自Google News的新闻的Newsmap系统5. 径向布局5.1. 另一种空间填充法是在分配空间和划分区域的时候采用和径向树类似的放射状布局5.2. 最早由Brian Johnson以树图的扩展提出称为径向树图Polar Treemap5.3. John Stasko等人在2000年提出了更完整的设计称旭日图Sunburst5.3.1. 在旭日图中中心的圆代表根节点各个层次用同心圆环表示6. 其他方法6.1. 节点-链接法和空间填充法各有优缺点节点-链接法能清晰、直观地显示层次结构而空间填充法能有效地利用空间从而支持大规模的层次数据6.2. 相邻层次图Adjacency Diagram是节点-链接法的空间填充变种采用填充的区域弧或柱状区域表达节点相邻节点之间的位置关系则编码了彼此之间的层次关系6.3. 弹性层次法是另一种混合可视化方法