Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Тепловая карта, созданная на основе данных микрочипа ДНК, отражающая значения экспрессии генов в нескольких условиях
Тепловая карта, показывающая радиочастотное покрытие системы обнаружения дронов.

Тепловая карта (или Heatmap ) является визуализация данных метод , который показывает величину явления , как цвета в двух измерениях. Цвет может варьироваться по оттенку или интенсивности., давая читателю очевидные визуальные подсказки о том, как явление группируется или меняется в пространстве. Есть две принципиально разные категории тепловых карт: тепловая карта кластера и пространственная тепловая карта. На тепловой карте кластера величины представлены в виде матрицы с фиксированным размером ячеек, строки и столбцы которой являются дискретными явлениями и категориями, а сортировка строк и столбцов является преднамеренной и в некоторой степени произвольной, с целью предложить кластеры или изобразить их как обнаружено посредством статистического анализа. Размер ячейки произвольный, но достаточно большой, чтобы ее было хорошо видно. Напротив, положение величины на пространственной тепловой карте обусловлено расположением величины в этом пространстве, и здесь нет понятия ячеек; считается, что явление непрерывно меняется.

«Тепловая карта» - относительно новый термин, но практика затенения матриц существует уже более века. [1]

История [ править ]

Тепловые карты возникли в виде двухмерных отображений значений в матрице данных. Большие значения были представлены маленькими темно-серыми или черными квадратами (пикселями), а меньшие значения - более светлыми квадратами. Луа (1873) использовал матрицу затенения для визуализации социальной статистики по округам Парижа . [1] Sneath (1957) продемонстрировал результаты кластерного анализа , переставив строки и столбцы матрицы, чтобы расположить аналогичные значения рядом друг с другом в соответствии с кластеризацией. Жак Бертин использовал аналогичное представление для отображения данных , которые соответствовали в масштаб Гутмана. Идея присоединения деревьев кластеров к строкам и столбцам матрицы данных возникла у Роберта Линга в 1973 году. Линг использовал заштрихованные символы принтера для представления различных оттенков серого, шириной одного символа на пиксель. Леланд Уилкинсон разработал первую компьютерную программу в 1994 году ( SYSTAT ) для создания тепловых карт кластеров с цветной графикой высокого разрешения. Eisen et al. Дисплей, показанный на рисунке, является копией более ранней конструкции SYSTAT. [ необходима цитата ]

Разработчик программного обеспечения Кормак Кинни ввел товарный знак в термин «тепловая карта» в 1991 году для описания 2D-дисплея, отображающего информацию о финансовых рынках . [2] Компания, которая приобрела изобретение Кинни в 2003 году, непреднамеренно допустила утрату права на товарный знак. [3]

Типы [ править ]

Тепловая карта поверх цветной батиметрической карты, показывающая вероятное местоположение пропавшего рейса 370 Malaysia Airlines, основанная на анализе возможных траекторий полета самолета с помощью байесовского метода . [4]

Существуют разные виды тепловых карт:

  • Биологические тепловые карты обычно используются в молекулярной биологии для представления уровня экспрессии многих генов в ряде сопоставимых образцов (например, клетки в разных состояниях, образцы от разных пациентов), полученные из микрочипов ДНК .
  • Отображение дерева является 2D иерархическое разбиение данных , который визуально напоминает карту тепла.
  • Мозаики участок представляет собой плиточную карта тепла для представления двухсторонней или выше путями таблицы данных. Как и в случае с древовидными картами, прямоугольные области на мозаичном графике организованы иерархически. Это означает, что области представляют собой прямоугольники, а не квадраты. Friendly (1994) рассматривает историю и использование этого графика.
  • Визуализация функции плотности - это тепловая карта для представления плотности точек на карте. Это позволяет воспринимать плотность точек независимо от коэффициента увеличения. Perrot et al. (2015) предложили способ использования функции плотности для визуализации миллиардов и миллиардов точек с использованием инфраструктуры больших данных с помощью Spark и Hadoop. [5]

Цветовые схемы [ править ]

Для иллюстрации тепловой карты можно использовать множество различных цветовых схем , с преимуществами и недостатками восприятия для каждой из них. Часто используются карты цветов радуги, так как люди могут воспринимать больше оттенков цвета, чем серого, и это якобы увеличивает количество деталей, воспринимаемых на изображении. Однако это не одобряется многими в научном сообществе по следующим причинам: [6] [7] [8] [9] [10] [11]

  • Цветам не хватает естественного порядка восприятия, который можно найти в цветовых картах спектра оттенков серого или черного тела . [6] [11]
  • Обычные цветовые карты (например, «струйная» цветовая карта, используемая по умолчанию во многих программных пакетах визуализации) имеют неконтролируемые изменения яркости, которые препятствуют значимому преобразованию в оттенки серого для отображения или печати . Это также отвлекает от фактических данных, произвольно делая желтые и голубые области более заметными, чем области данных, которые на самом деле являются наиболее важными. [6] [11]
  • Изменения между цветами также приводят к восприятию градиентов, которых на самом деле нет, делая фактические градиенты менее заметными, а это означает, что цветовые карты радуги могут фактически скрывать детали во многих случаях, а не улучшать их. [6] [10] [11]
  • Не все цвета на карте цветов радуги могут быть различимы читателями с недостаточным цветовым зрением, что делает рисунки, использующие эти цветовые схемы, недоступными для значительной части населения. [11]

Картографические карты по сравнению с тепловыми картами [ править ]

Картограммы иногда ошибочно называют тепловыми картами. Картограмма имеет различные оттенки или узоры в пределах географических границ, чтобы показать долю интересующей переменной, тогда как окраска тепловой карты (в контексте карты) не соответствует географическим границам. [12]

Программные реализации [ править ]

Несколько программных реализаций тепловой карты доступны в свободном доступе:

  • R , бесплатная программная среда для статистических вычислений и графики, содержит несколько функций для отслеживания тепловых карт [13] [14], включая интерактивные тепловые карты кластеров [15] (через пакет heatmaply R).
  • Gnuplot , универсальная и бесплатная программа для построения графиков из командной строки, может отслеживать 2D и 3D тепловые карты. [16]
  • Google Fusion Tables может создавать тепловую карту из электронной таблицы Google Sheets, ограниченной 1000 точками географических данных. [17]
  • Цветовая схема «cubehelix» Дэйва Грина предоставляет ресурсы для цветовой схемы, которая печатается как монотонно увеличивающаяся шкала серого на черно-белых устройствах PostScript. [18]
  • Openlayers 3 может отображать слой тепловой карты выбранного свойства всех географических объектов в векторном слое. [19]
  • D3.js , [20] [21] AnyChart [22] [23] и Highcharts [24] [25] - это библиотеки JavaScript для визуализации данных, которые предоставляют возможность создавать интерактивные диаграммы тепловых карт, от базовых до настраиваемых, как часть их решений.
  • Qlik Sense позволяет отображать сравнительные данные в виде цветовых узоров на тепловой карте, которая входит в его комплект визуализации. [26]
  • MATLAB предоставляет возможность визуализации тепловой карты с широким спектром параметров конфигурации. [27] [28]

Примеры [ править ]

  • Снег на озере - информация о погодном радаре обычно отображается с помощью тепловой карты.

  • Человеческий голос визуализируется с помощью спектрограммы ; тепловая карта, представляющая величину STFT . Альтернативная визуализация - график водопада .

  • Пример, показывающий отношения между тепловой картой, графиком поверхности и горизонтальными линиями одних и тех же данных

  • Комбинация графика поверхности и тепловой карты, где высота поверхности представляет амплитуду функции, а цвет представляет фазовый угол.

  • Оценка каждой смежной области мишени (не в масштабе)

См. Также [ править ]

  • Ложный цвет

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Wilkinson L, Friendly M (май 2009 г.). «История кластерной тепловой карты». Американский статистик . 63 (2): 179–184. CiteSeerX  10.1.1.165.7924 . DOI : 10.1198 / tas.2009.0033 . S2CID  122792460 .
  2. ^ "США по патентам и товарным знакам, регистрационный № 75263259" . 1993-09-01.
  3. ^ Silhavy R, R Šenkeřík, Oplatkova ЗК, Silhavy Р, Прокопова Z (2016-04-26). Перспективы программной инженерии и применение в интеллектуальных системах . ISBN 978-3-319-33622-0.
  4. ^ MH370 - Определение районов подводного поиска (PDF) (Отчет). Австралийское бюро транспортной безопасности . 3 декабря 2015.
  5. ^ Перро А, Bourqui R, Hanusse Н, Лаланна Ж, Обер D (2015). «Большая интерактивная визуализация функций плотности в инфраструктуре больших данных» (PDF) . 2015 IEEE 5-й симпозиум по анализу и визуализации больших данных (LDAV) . IEEE Симпозиум по пятый Большой анализа и визуализации данных (LDAV), 2015 . С. 99–106. DOI : 10,1109 / LDAV.2015.7348077 . ISBN  978-1-4673-8517-6. S2CID  4768931 .
  6. ^ a b c d Borland D, Taylor MR (2007). «Карта цветов радуги (до сих пор) считается вредной». Компьютерная графика и приложения IEEE . 27 (2): 14–7. DOI : 10,1109 / MCG.2007.323435 . PMID 17388198 . 
  7. ^ Как НЕ лгать с визуализацией - Бернис Э. Роговиц и Ллойд А. Трейниш - IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, NY
  8. ^ Harrower M, Brewer CA (2003). «ColorBrewer.org: онлайн-инструмент для выбора цветовых схем для карт». В Dodge M, Kitchin R, Perkins C (ред.). Картографический журнал . С. 27–37. DOI : 10.1179 / 000870403235002042 . ISBN 978-0-470-98007-1. S2CID  140173239 .
  9. Перейти ↑ Green DA (2011). «Цветовая схема для отображения изображений астрономической интенсивности». Бюллетень Астрономического общества Индии . 39 : 289–95. arXiv : 1108,5083 . Bibcode : 2011BASI ... 39..289G .
  10. ^ a b Боркин М.А., Гайос К.З., Петерс А., Мицурас Д., Мельчионна С., Рыбицки Ф.Дж. и др. (Декабрь 2011 г.). «Оценка визуализации артерий для диагностики заболеваний сердца». IEEE Transactions по визуализации и компьютерной графике . 17 (12): 2479–88. CiteSeerX 10.1.1.309.590 . DOI : 10.1109 / TVCG.2011.192 . PMID 22034369 . S2CID 2548700 .   
  11. ^ a b c d e Crameri F, Shephard GE, Heron PJ (октябрь 2020 г.). «Неправильное использование цвета в научной коммуникации» . Nature Communications . 11 (1): 5444. DOI : 10.1038 / s41467-020-19160-7 . PMC 7595127 . PMID 33116149 .  
  12. ^ «Хороплет против тепловой карты -» . gretchenpeterson.com .
  13. ^ «Использование R для построения тепловой карты из данных микрочипа» . Молекулярная организация и сборка в клетках . 26 ноя 2009.
  14. ^ «Нарисуйте тепловую карту» . R Руководство .
  15. ^ Galili Т, О'Каллаган А, Сиди - J, Сиверт С (Май 2018). «heatmaply: пакет R для создания интерактивных кластерных тепловых карт для онлайн-публикации» . Биоинформатика . 34 (9): 1600–1602. DOI : 10.1093 / биоинформатики / btx657 . PMC 5925766 . PMID 29069305 .  
  16. ^ "Демо-скрипт Gnuplot: Heatmaps.dem" .
  17. ^ «Справка Fusion Tables - Создание тепловой карты» . Янв 2018. support.google.com
  18. ^ «Цветовая схема« cubehelix »Дэйва Грина» .
  19. ^ "ol / layer / Heatmap ~ Heatmap" . OpenLayers . Проверено 1 января 2019 .
  20. ^ «Тепловая карта» . D3.js Graph Галерея . Проверено 25 июля 2020 года .
  21. ^ «Самая основная тепловая карта в d3.js» . D3.js Graph Галерея . Проверено 25 июля 2020 года .
  22. ^ «Диаграмма тепловой карты» . Документация AnyChart . Проверено 25 июля 2020 года .
  23. ^ «Диаграммы тепловой карты - Галерея» . Галерея AnyChart . Проверено 25 июля 2020 года .
  24. ^ "Тепловая карта - Документы Highcharts" . Highcharts . Проверено 9 декабря 2019 .
  25. ^ "Тепловые и древовидные карты - демонстрации Highcharts" . Highcharts . Проверено 9 декабря 2019 .
  26. ^ «Тепловая карта - Qlik Sense для Windows» . Qlik . Проверено 25 июля 2020 года .
  27. ^ «Создать тепловую карту» . MATLAB . Проверено 25 июля 2020 года .
  28. ^ «Примеры тепловой карты» . MATLAB . Проверено 25 июля 2020 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Бертен Дж (1967). Sémiologie Graphique. Les diagrammes, les réseaux, les cartes [ Графическая семиотика. Диаграммы, сети, карты ] (на французском языке). Готье-Виллар. OCLC  2656278 .
  • Эйзен МБ, Спеллман П.Т., Браун П.О., Ботштейн Д. (декабрь 1998 г.). «Кластерный анализ и отображение паттернов экспрессии всего генома» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (25): 14863–8. Bibcode : 1998PNAS ... 9514863E . DOI : 10.1073 / pnas.95.25.14863 . PMC  24541 . PMID  9843981 .
  • Friendly M (март 1994 г.). «Мозаичные дисплеи для многосторонних таблиц непредвиденных обстоятельств». Журнал Американской статистической ассоциации . 89 (425): 190–200. DOI : 10.1080 / 01621459.1994.10476460 . JSTOR  2291215 .
  • Линг Р.Л. (1973). «Компьютерное средство для кластерного анализа». Коммуникации ACM . 16 (6): 355-361. DOI : 10.1145 / 362248.362263 . S2CID  8033024 .
  • Сниз PH (август 1957 г.). «Применение компьютеров в систематике» . Журнал общей микробиологии . 17 (1): 201–26. DOI : 10.1099 / 00221287-17-1-201 . PMID  13475686 .
  • Уилкинсон Л (1994). Расширенные приложения: Systat для DOS версии 6 . СИСТАТ. ISBN 978-0-13-447285-0.
  • Бартер Р.Л., Ю.Б. (2018). «Superheat: пакет R для создания красивых и расширяемых тепловых карт для визуализации сложных данных» . Журнал вычислительной и графической статистики . 27 (4): 910–922. arXiv : 1512.01524 . DOI : 10.1080 / 10618600.2018.1473780 . PMC  6430237 . PMID  30911216 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Вилкинсон л, Удобные М . «История кластерной тепловой карты» (PDF) .
  • Альберготти Р. (7 мая 2014 г.). «Strava, популярная среди велосипедистов и бегунов, хочет продать свои данные специалистам по городскому планированию» . The Wall Street Journal .