技术领域
[0001] 本
发明涉及的是一种
数据可视化分析领域的技术，具体是一种面向热点分析的数据变化趋势涌泉可视化系统及方法。
背景技术
[0002] 热点分析相关类型的数据最显著的特征就是数据数量多，数据之间存在语义关联且语义类型丰富，随时间不断生成的数据根据其各自的语义，数据的数量具有涌现的特点，即某类语义相近的数据在数量上周期性或者一次性达到相对其他类型较高的数值，因此在进行此类型数据的可视化分析时，需要根据数据数量的多少，突出显示数量较高的数据，即突出热点的显示，并且可同时呈现即时性热点分布和热点历史发展，从而方便对热点的分析和
跟踪。
[0003] 在现有的对时变数据的可视化方法中，对不同应用需要不同的可视化方案和方法，各种可视化方法也具有各自的特点和优势。例如，有的可视化方法针对维数较低的数据，利用比较传统的可视化技术，如折线、散点图等来显示特征数据与时间的关系；还有一些可视化方法则针对高维数据的静态，通过对传统的可视化方法进行改进或是提出全新的可视化方法，通过
降维方法将高维数据的特征量展示在低维图形中。针对在包含但不限于新闻热点分析、传染病流行分析等各类热点分析应用中，一种同时可呈现即时性热点分布和热点历史发展的数据可视化方法将有着广泛的应用价值。
发明内容
[0004] 本发明针对
现有技术存在的上述不足，提出一种面向热点分析的数据变化趋势涌泉可视化系统及方法，在可视化显示区域内，将语义相近的一组数据表示为一个图标单元。当一组数据的热度满足显示条件时，该组数据所对应的图标单元将显示在可视化显示区域中。图标单元的显示模拟涌泉物理模型，类似涌泉
水泡的图标单元从显示区域的中心区域涌出，水泡根据数据的热度及其他属性值确定图标单元的大小、
位置、
颜色、透明度等的属性，随时间所有的图标单元动态地显现、移动和消失，综合动态地表现数据热点随时间的变化情况，便于用户对数据中的热点进行观察分析和跟踪。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 本发明包括：设置模
块、数据读取模块、计算模块、调度模块以及交互模块，其中：设置模块向用户提供显示参数和计算参数的参数设置功能；数据读取模块读取来自用户提供的数据流文件，提取数据的语义信息，并根据语义信息进行热点分析和热度计算；计算模块读取来自数据读取模块的热点及热度数据，将热点和热点的热度数据映射到涌泉可视化模型中，计算得出可视化数据；调度模块读取设置模块的设置参数，保存可视化数据，并根据交互模块中用户的操作命令，取出可视化数据，并调用交互模块进行刷新显示；交互模块生成最终的显示图像，并处理用户输入。
[0007] 所述的涌泉可视化模型用于
模拟现实中的涌泉的物理形态，热点在模型中显示为一个图标，图标模拟了涌泉物理模型中涌出的水泡。在涌泉物理模型中，当热点第一次出现时从中心区域涌出，随时间逐渐向四周扩散，扩散过程中根据热度的变化情况，图标的颜色、大小、内部图形等属性不断发生变化，并最终随热度的下降热点消失而消失。随着原始数据中热点的转换和热度的不断变化，图标的属性，如颜色、边框、大小、内部呈现等随之根据数据热度及其他属性值的变化而变动，生成持续动态的可视化图形。
[0008] 所述的设置模块包括：显示参数设置单元、计算参数设置单元和参数存取单元，其中：显示参数设置单元与参数存取单元相连并处理用户的显示参数输入并传输信息；计算参数设置单元与参数管理单元相连并处理用户的计算参数输入并传输信息；参数存取单元分别与数据读取模块和计算模块和调度模块相连以存取参数。
[0009] 所述的显示参数包括但不限于待呈现数据的类别选择、动画速度、显示区域大小、图标大小、字体及大小、最小热度
阈值、可视化画面刷新时间间隔、最大可显示热点数量、显示宽松系数(可视化图标之间允许的拥挤程度，取值范围为1.1～1.5)等。
[0010] 所述的计算参数包括但不限于热度计算公式中的时间周期、热度计算所涉及到的数据类型和各自的权重等。
[0011] 所述的数据读取模块包括：数据读取单元、语义提取单元、热点分析及热度计算单元，其中：数据读取单元与语义提取单元相连，解析并传输原始数据；语义提取单元与热点分析和热度计算单元相连并传输分类后的数据；热点分析和热度计算单元与计算模块相连并传输热点及其不同时间周期的热度数据。
[0012] 所述的数据读取模块中的数据读取单元、语义提取单元、热点分析及热度计算单元均根据用户提供数据的更新
频率同步计算和更新各自的数据。
[0013] 所述的语义提取单元对随时间不断生成的数据根据其内在语义进行层次型分类，即首先将全部数据进行分类，其后对某一个类别的数据再进行分类，分类的总数量应大于显示参数中最大可显示热点数量。
[0014] 所述的热点是指热度超过最小热度阈值的某语义类别，热点的热度是指根据某类别数据的生成情况计算得来的数据，表示某类别发展的情况，热度越高，表明该类别数据发生速度快，发生数量多，具体为： 其中Δt为设置模块中设置的单位时间，D为该类别特定相关数据类型的新增数量，w为该特定相关数据类型的权重。该公式计算得到在单位时间内相关该类别的各项数据的新增数据加权总和。
[0015] 所述的不同时间周期的热度数据是指根据不同的单位时间得出的热度值，其中：热度计算按照三个周期：长周期、中周期、短周期，其中长周期一般设定为用户给定数据中热点平均持续时间T的α倍数，其中α取值范围一般为[1.0,3.0]；中周期设定为约等于热点的热度
波动周期Tp的时间，短周期一般由用户设置，是用户希望监测的最短时间。
[0016] 所述的可视化数据是指可视化呈现区域中显示图标的类型、标签、位置等显示内容及其属性数据，包括：当前的显示数据和历史显示数据，并可根据多个显示数据从而形成动态的显示图像。
[0017] 所述的计算模块包括：坐标计算单元、图标属性计算单元和微调单元，其中：坐标计算单元与微调单元相连，计算并传输图标的理论坐标；图标属性计算单元与微调单元相连，计算并传输图标的属性；微调单元与调度模块相连，计算并传输最终可视化数据。
[0018] 所述的图标的理论坐标是指表示热点的图标中心在可视化呈现区域中的位置。该位置由热点所处的语义类别所在的扇形区域
角度和热点距离可视化呈现区域中心的距离决定。设可视化数据中所有图标的语义分类为n个类别，各个类别的长周期热度分别为(H1,H2…Hn)，将可视化呈现区域分为n个扇形区域，第k个语义类别所在扇形的角度从到 根据热点的语义类别，热点将平均分配到扇形区域之内的某一角度上。热点距离可视化呈现区域中心的距离是热点持续时间Tc决定的，设可视化呈现区域边缘与中心距离的最远距离为L，热点距离可视化呈现区域中心的距离可根据 计算初值，其中：a的取值范围为0.3～0.7，并限制距离的最大值为L。即热点的位置随着热点持续时间的延长，而移动到可视化呈现区域的边缘，并保持在边缘直到热点消失。
[0019] 所述的微调单元根据所有图标的理论大小计算尺寸微调系数γ，根据尺寸微调系数调整图标尺寸大小。微调单元还对图标相互之间的重叠进行
碰撞检测，通过调整图标位置来避免重叠。尺寸微调系数为所有图标理论面积之和乘以显示宽松系数再除以显示区域的面积。当尺寸微调系数大于1时，图标理论尺寸要除以微调系数，保证图标显示较为宽松，避免拥挤。微调单元按长周期热度对所有图标进行排序，并从长周期热度较小的图标开始根据每一个图标的位置及其大小逐一检查是否与其他图标存在重叠。一旦发现重叠，则将长周期热度较大的图标向外侧移动，直到消除重叠现象。微调单元计算得出图标的最终显示坐标。
[0020] 所述的调度模块根据设置模块中设置的显示参数及交互模块的用户操作单元中的交互式输入对可视化数据及其显示方式进行调度，该调度模块包括：可视化数据存取单元和动态控制单元，其中：可视化数据存取单元与计算模块相连，保存并传输可视化数据，动态控制单元与交互模块相连，传输用于当前图像显示的可视化数据及控制数据。
[0021] 所述的动态控制单元根据交互模块的用户操作单元中用户对图像呈现方式和数据查看模式的选择对图像呈现内容进行控制。所述的图像呈现方式是指自动或手动的浏览模式。所述的数据查看模式是指实时或历史数据查看模式。所述的自动浏览模式是按热度计算的短周期进行自动更新的图像呈现方式，手动的浏览模式则是用户手动进行刷新的图像呈现方式。历史数据的查看模式是指用户
选定历史时段，显示历史数据的模式，实时数据查看模式是指根据系统最新的数据输入进行实时数据的模式。
[0022] 所述的交互模块包括：动画单元、静态单元和用户操作单元，其中：动画单元根据调度模块传递过来的可视化数据及控制数据调整或者重新设置可视化呈现区域中图标的位置等属性，并根据图标原有位置等属性设置动画动作的显示。静态单元在动画单元完成动画显示后控制可视化呈现区域中显示，处理
鼠标、
键盘等用户输入，并处理鼠标悬浮、鼠标点击等操作，以显示图标的更多数据和进行语义类别定制。用户操作单元根据所述动态控制单元的控制数据设置控制控件状态，显示控制控件，处理用户对控制控件的操作。用户操作单元与所述的动态控制单元相连，更新并传输用户对图像呈现方式和数据查看模式的选择和变更。
[0023] 技术效果
[0024] 与现有技术相比，本发明不仅呈现当前时刻热点的具体情况，突出了热度大的数据，还兼顾了用户需要关注的热点较长期的发展状态，通过将距离因素与时间推演联系起来，可以更好的表现出热点随着时间变化的趋势，在视觉角度更容易人们根据时间因素发现原始数据中隐藏的信息。总的来说，该方法可以对多个热点在多个时间周期内的热度变化情况进行展示。本发明的技术效果进一步包括：
[0025] 1、与现有的Tag
云技术相比，本可视化方法中图标的位置和大小不仅与热点的热度相关，而且可以展示热点的热度变化情况，因此，用户在可视化图像上可以获得有关热点的热度演变情况。
[0026] 2、本可视化方法与现有折线图、二维气泡图等可视化方法相比，适用于同时显示大量热点的情况，呈现
密度做到接近Tag云技术，适用于不同大小尺寸的显示设备；
[0027] 3、本可视化方法通过设定图标的位置变动、内部呈现等图标呈现属性呈现更多时间周期内的热点变化情况；
[0028] 4、本可视化方法适用于各类热点分析应用，通过数据的语义进行分类，呈现结果的粒度取决于语义分类数据，因此可在不同粒度下的进行呈现；
[0029] 5、本可视化方法适用于大型数据的分析，也同样适用于少量数据的分析和可视化。
附图说明
[0031] 图2为本发明可视化程序的可视化结果示意图。
具体实施方式
[0032] 本
实施例实现的涌泉可视化模型的系统面向的热点分析数据集为新闻文本集W，该新闻文本集合中的每一个新闻包含有如下特征：发布时间、新闻内容、新闻来源以及新闻阅读量、转发量、评论量、点赞量等。如图1所示，本实施例包括：设置模块、数据读取模块、计算模块、调度模块以及交互模块，其中：设置模块向用户提供显示参数和计算参数的参数设置功能；数据读取模块读取来自用户提供的数据流文件，提取数据的语义信息，并根据语义信息进行热点分析和热度计算；计算模块读取来自数据读取模块的热点及热度数据，将热点和热点的热度数据映射到涌泉可视化模型中，计算得出可视化数据；调度模块读取设置模块的设置参数，保存可视化数据，并根据交互模块中用户的操作命令，取出可视化数据，并调用交互模块进行刷新显示；交互模块生成最终的显示图像，并处理用户输入。
[0033] 所述的设置模块可供用户设置显示参数、计算参数等参数。其中一般情况下新闻类型数据的热点平均持续时间为3天，因此用户可设置长周期为6天或者1周，新闻热点的热度波动周期一般为一天，即一天内新闻的热度数据有明显的周期性波动，因此新闻中周期可设置为1天，新闻数据分析的短周期可设置为1小时或者2小时，短周期参数设置一方面由用户数据收集速度确定，一方面由对热点反应速度的要求决定；设置模块中，用户设置图标的属性与热点数据的对应关系，在本实施例中，图标的颜色属性设置为对应热点的短周期热度，图标的大小属性设置为热点的中周期热度。
[0034] 所述的数据读取模块读取用户所收集的全部新闻及其新闻的实时数据，其中包括新闻本身的文本以及每一条新闻实时变化的阅读数、评论数、评论文字、点赞数量等。数据读取模块读取用户的数据，并对新闻进行语义分析及相关统计，根据用户设置或者自动分类
算法将新闻分为几个类别，提取新闻的关键词，并在类别下使用关键词组合分析新闻的具体类别，计算每一个热点类别的多周期热度，热度的计算公式为，R＝a1Y+a2P+a3Z+a4L，其中Y为某一热点的某周期新增阅读量，P为某一热点的某周期新增评论量，Z为新增转发量，L为新增点赞量，a1～a4为设置模块中设置的加权参数，一般可设置为[1,2,2,1.5]。高于中周期热度阈值的被判定为热点，中周期阈值一般可设置为近期中周期热度最高值的0.001倍。
[0035] 所述的计算模块将数据读取模块计算得来的热点及其热度数据映射到涌泉可视化模型的特征中。在本实施例中，热点将显示为一个可见的水泡。所有热点被归在几个大的新闻类别下，例如社会、体育、教育、娱乐等，每一个类别分别安排在不同扇形区域，扇形区域的大小由可见该类别的热度和决定，这样，热点多或热度大的扇形区域较大。水泡较大时和水泡一起呈现的有热点关键词，水泡较小时，只有当鼠标悬浮在水泡上时，才会显示对应的关键词。新出现的热点从中央区域涌出，与中央区域的距离由热点涌出的时间长短决定，距离中央区域越远的水泡，表明该水泡所表征的热点在越长的时间内保持了较高的热度。限于显示区域的大小，水泡向外移动的距离越来越小，这样保证了长时间保持较高热度的水泡持续显示在显示区域的外围。
[0036] 在本实施例中，中周期即一天内统计热度表示为水泡大小，水泡越大，说明当天的热度较大；当前1小时的热度表示为水泡的透明度，颜色越透明，说明1小时内的热度越低；中周期的热度变化表示为水泡的颜色，颜色越红，表明该热点变热的速度越高。
[0037] 计算模块中使用了水泡的碰撞检测和防碰撞处理，在两个检测到碰撞的水泡中，将半径大的水泡向远离中心的方向移动与半径成比例的一定距离，直至不再检测到碰撞。
[0038] 所述的调度模块根据设置模块中设定计算参数及交互模块中用户操作单元中用户选择的图像呈现方式和数据查看模式，调用交互模块进行图像的呈现。在本实施例中，当用户选择自动浏览模式时，调度模块将按短周期为刷新间隔来调用交互模块刷新可视化呈现区域的显示结果，当用户选择手动浏览模式或者历史数据查看模式时，调度模块将根据用户的指令来传输用户所
请求的数据，并由交互模块来呈现相应的图像。
[0039] 所述的交互模块根据计算模块计算出的数据给水泡的相关属性赋值并显示在屏幕上，并对水泡进行移动等动画处理，用户可以通过用户操作模块对动态的可视化图形进行暂停、开始、后退等操作，还可以选择历史时段来回演历史数据。
[0040] 本实施例涉及上述系统的面向热点分析的数据变化趋势涌泉可视化显示方法，按照所述数据读取模块对用户输入数据进行语义分类的结果，将显示区域分为多个扇形区域，每一个扇形区域为同一类型待呈现的热点数据的显示区域，当热点所表示该类数据的总体热度大于阈值时，每一个热点用一个图标表达，图标从显示区域中心涌出。
[0041] 所述的扇形区域的大小取决于该类数据的长期热度大小，可根据该类数据的总体数量、可显示图标数量和大小进行调整。扇形区域的大小随时间根据数据的分布变化而变化；每一个扇形区域内某一更为细致的语义类型数据超过中周期热度阈值时发展为一个热点，表示为一个图标，该图标可以是但不限于水泡型。
[0042] 所述的表示热点的图标的理论坐标由图标所表示的热点的持续时间和热点所在语义类别决定，但图标的最终显示坐标由防止重叠的微调单元决定。图标的其他显示属性包括但不限于大小、背景和前景色彩、外围色彩、透明度、内部图案运动速度和方向等，由热点的多个周期热度以及热点的其他属性决定。
[0043] 所述的图标的涌出方向取决于其所在的扇形区域及防碰撞参数。图标从中心涌出后随时间逐渐向外扩散，速度由快至慢；图标与涌出中心的距离则由图标持续在显示区域中得以显示的时间和防碰撞参数决定。当图标所表示该类数据的总体热度小于阈值时，图标消失。
[0044] 所述的防碰撞参数是为了避免显示区域中图标拥挤造成的重叠，图标最终位置与计算位置之间的偏移量。在涌泉模型中，防碰撞的实现是将发生拥挤的图标由大到小向远离中心的方向在扇形区域内移动，直至不再检测到碰撞。
[0045] 可视化的结果示意图如图2所示，在本实施例中，显示区域为有四个类别分配不同大小的扇形区域，第二类中的1号水泡，从中心涌出，逐渐变大并向外周扩散，说明1号水泡所代表的热点持续一段时间，并且热度呈现不断增强的态势。第三类所在扇形区域中的2号水泡，从中心涌出，逐渐变小并向四周扩散，说明该水泡所代表数据的热度在达到较高值后，不断下降。第一类扇形区域中的3号浅红色水泡在涌出后的第二天消失，说明该水泡并未获得较长期的关注度。第四类中的4号浅蓝色水泡在涌出后变化趋势与1号水泡类似，是当下的关注热点。
[0046] 本实施例可以呈现热点分析数据集在给定观察时间区间范围内符合筛选条件的热点变化情况，在可视化图形中，数据的其他属性数据体现在涌泉可视化模型中水泡的大小、坐标、透明度等各种属性上。每一个水泡表示了一个当前的热点，该水泡图标的动态变化表示了该热点的发展变化情况。
[0047] 本实施例中由于需要实时的按照用户设置的短周期(即数据的最短刷新周期)计算热点及其热度，因此需要根据文本特征数据的计算量的多少部署不同的应用环境。大计算量的特征数据计算可以单独将数据读取模块部署于
服务器或者
大数据环境。其他模块的应用环境为个人PC、图形工作站或者智能设备等具有显示终端的设备，显示终端设备的分辨度则按用户需要显示热点数量的多少来选择。
[0048] 在本实施例中，数据读取模块部署于工作站，处理每天1万条的新闻数据，其他模块部署于个人PC或者智能设备中，可实时显示10～100个或更多的热点，热点数量取决于显示设备的
分辨率，在智能设备中，通常选择显示10～20个热点，在显示器分辨率为1280*800的台式计算机上可选择显示20～50个热点，在配备有分辨率大于1680*1050的显示器上可选择显示30～100个热点。用户可根据各自需求决定显示热点数量的多少。热点数量越多，热点显示尺寸越小，此时可选择较小的显示宽松系数，反之，则选择较大的显示宽松系数。
[0049] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以
权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
