Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с тепловых карт )
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 в зависимости от оттенка или интенсивности., давая читателю очевидные визуальные подсказки о том, как явление группируется или изменяется 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 с помощью статистического анализа. Размер ячейки произвольный, но достаточно большой, чтобы ее было хорошо видно. Напротив, положение магнитуды на пространственной тепловой карте обусловлено расположением магнитуды в этом пространстве, и здесь нет понятия ячеек; считается, что явление постоянно 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] Снит (1957) показал результаты кластерного анализа , переставив строки и столбцы матрицы, чтобы расположить похожие значения рядом друг с другом в соответствии с кластеризацией. Жак Бертен использовал аналогичное представление для отображения данных, соответствующих шкале Гуттмана.. 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 в оборот термин «тепловая карта» в 1991 году для описания двухмерного 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, указывающая 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 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, поскольку 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 палитры (например, «струйная» палитра, 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, что делает 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]

Картограммы 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 генерировать тепловую карту из электронной таблицы Google Sheets с ограничением до 1000 точек географических данных. [17]
  • Цветовая схема «cubehelix» Дэйва Грина предоставляет ресурсы для цветовой схемы, которая печатается в виде монотонно увеличивающейся шкалы 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 простых 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 метеорологического радара обычно отображается в виде тепловой карты.

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

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

  • Комбинация графика поверхности и тепловой карты, где высота поверхности представляет собой амплитуду функции, а цвет представляет собой 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 зон 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 пятому 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 сердечных заболеваний». 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» . Январь 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 Галерея графиков . Проверено 25 июля 2020 .
  21. ^ «Самая простая тепловая карта в d3.js» . D3.js Галерея графиков . Проверено 25 июля 2020 .
  22. ^ «Диаграмма тепловой карты» . Документация AnyChart . Проверено 25 июля 2020 .
  23. ^ «Диаграммы тепловой карты - Галерея» . Галерея AnyChart . Проверено 25 июля 2020 .
  24. ^ «Карта кликов - 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 .
  27. ^ «Создать тепловую карту» . MATLAB . Проверено 25 июля 2020 .
  28. ^ «Примеры тепловой карты» . MATLAB . Проверено 25 июля 2020 .

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 городским планировщикам» . The Wall Street Journal .