CN104750837A - 增长型时间序列数据的可视化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种增长型时间序列数据的可视化方法和系统。其方法包括：将待显示的增长型时间序列数据的数据集，生成具有对应所述数据集的按照一定顺序存储的属性值v_ij的二维数组；对所述二维数组中的每一个属性值v_ij转换以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标；将每一个项目j的坐标点用线段或者曲线链接生成Circle-ThemeRiver的黑白图；对不同项目j进行不同颜色的标注生成Circle-ThemeRiver的彩色图。本申请的方案通过将增长型的时间序列数据用主题河流图的方式展示在二维平面中、并将笛卡尔坐标形式的主题河流图转换成圆形，在增加空间利用率的同时增加前期时间数据的可识别性的问题。

Description

增长型时间序列数据的可视化方法和系统

技术领域

本申请涉及信息可视化处理领域，具体涉及一种增长型时间序列数据的可视化方法和系统。

背景技术

当前数据增长速度已经超过摩尔定律，大数据是当今互联网的一个重要话题。只要是能被记录下来的每一件事情，都可以转化成为数据。在无休止增加的数据中，隐藏着无数的机会。如何在混乱无章的数据中，寻找出有价值的关系，有价值的数据特征，是数据分析领域的一个重点和难点。而可视化技术，可以通过将数据转化为以图形图像的形式展现出来，并配以交互手段从不同的层面对数据的不同特征进行显示，从而能更好地帮助人们对数据进行分析。现在可视化技术已经应用于经济、文化和政治等各个领域，解决了在一些情况下，仅通过数字显示难以有效分析数据的问题。

其中，时间序列数据的可视化是数据可视化处理的一个重要分支。每一个数据在被记录下来的时候都带有时间的属性，像股票数据、车流量数据和空气质量数据等。时间属性是与数据中其它维度的属性紧密关联的。时间序列数据的可视化处理技术，主要分为动态和静态两种方式。其中动态可视化处理，包括动态显示热力图、场量图、以及其它通过图形缓慢变化来表现数据变化情况的可视化处理或者说转换。而静态可视化处理，主要包括通过使用时间坐标轴的形式，将数据中相应时间的数据量在轴对应的位置中表现出来，数据转换成的图形图像以静态显示方式呈现/展现。现有的时间序列数据静态可视化处理方法为ThemeRiver，最早于2002年由Susan Havre提出，通过主题河流的宽度，可以发现某个词语在某个章节中出现的频率。一直被广 泛应用于时间序列数据领域。近些年来，Seungwon Yang将ThemeRiver应用于灾难应对计划分析上，Nikou Gunnemann将ThemeRiver应用于大型文本数据的语义分析中。

现有的时间序列数据静态可视化处理方法ThemeRiver虽然已经能够较好地表现时间序列数据，而与其它技术相结合也能够很好地表现数据的其它维度。但是，对于增长型的时间序列数据，当数据增长较快和显示时间区域跨度较大时，由于屏幕像素的限制，使用ThemeRiver会存在前期数据两两之间高度间隔过小，后期数据间隔偏大，导致可视化或者说展示效果、效率差、显示不清晰，前期数据展现过于密集、变化复杂而难以分别和分析的缺点。而且由于前期数据较小，数据随时间不断增长，因此前期时间段上的可视化效果存在空间浪费的问题。

因此，需要提供优化针对增长型时间序列数据的可视化处理方案，提高这类数据的可视化展示效果和效率，避免显示空间的浪费和低效利用，有利后续区分和分析，提升用户体验。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种增长型时间序列数据的可视化方法和系统，以解决在针对增长型时间序列数据的可视化的处理中，通过将增长型的时间序列数据用主题河流图的方式展示在二维平面中、并将笛卡尔坐标形式的主题河流图转换成圆形，从而在增加空间利用率的同时增加前期时间数据的可识别性(可视图形图像清晰度)的技术问题。

本申请一方面提供一种增长型时间序列数据的可视化方法，包括：将待显示的增长型时间序列数据的数据集TD，生成具有对应所述数据集TD的属性值v_ij的二维数组V，其中，所述属性值v_ij与该待显示的增长型时间序列数据的可视化时间和可视化项目相关，并且，该二维数组V中的属性值v_ij按照一定顺序存储；对所述二维数组V中的每一个属性值v_ij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标(x_ij,y_ij)；将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图；对不同项目j 进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图。

本申请另一方面提供一种增长型时间序列数据的可视化系统，包括：二维数组生成装置，用于将待显示的增长型时间序列数据的数据集TD，生成具有对应所述数据集TD的属性值v_ij的二维数组V，其中，所述属性值v_ij与该待显示的增长型时间序列数据的可视化时间和可视化项目相关，并且，二维数组V中的属性值v_ij按照一定顺序存储；转换装置，用于对所述二维数组V中的每一个属性值v_ij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标(x_ij,y_ij)；连接装置，用于将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图；填充装置，用于对不同项目j进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图。

与现有技术相比，根据本申请的技术方案，针对增长型时间序列数据进行可视化处理(Circle-ThemeRiver)，克服了以往可视化处理技术ThemeRiver中因时间段过长或因屏幕像素所引起的前期时间数据显示不清晰的缺陷，其经可视化处理后数据转换成的图形图像，展示效率高，显示清晰准确；而且，通过使用圆形限定区域代替传统ThemeRiver使用矩形区域显示，将空间利用率提高至100％，明显增加了空间利用率，并且使数据的信息更加清晰地显示。由此，增长型时间序列数据能转换成更好的显示图形图像、能清晰地识别每一个时刻的数据情况，并且，避免显示空间的浪费和低效利用，进而，这类数据的可视化展示效果和效率的提高，有利后续区分和分析，提升用户体验。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请的增长型时间序列数据的可视化方法的一实施例的流程图；

图2是根据本申请的方法中生成二维数组的一实施例的流程图；

图3是根据本申请的方案中进行坐标转换的一个实施例的流程图；

图4是根据本申请的方案中对应的显示圆形区域中环形面积分配的一个实施例的示意图；

图5是根据本申请的方案中对应的显示圆形区域中属性值对应显示的角度和坐标位置的一个实施例的示意图；

图6是根据本申请的方案中每个项目相应时刻的点直线/线段连接的显示的一个实施例的示意图；

图7是根据本申请的方案中每个项目相应时刻点的曲线连接的显示的一个实施例的示意图；

图8是根据本申请的方案中曲线连接的优化显示效果的一个实施例的示意图；

图9是根据本申请的方案中曲线连接的修正显示效果的一个实施例的示意图；

图10是根据本申请的方案中生成Circle-ThemeRiver的彩色图的一实施例的示意图；

图11是根据本申请的方法的一优选例子的详细流程图；

图12是根据本申请的增长型时间序列数据的可视化系统的一实施例的结构框图。

具体实施方式

本申请的主要思想在于，对增长型的时间序列数据进行可视化Circle-ThemeRiver，先对其数据集TD按照可视化的时间和项目的特性构建二维数组结构的存储模式；预设圆形显示区域，将二维数组中的属性值对应 的时刻转换成圆形显示区域中不同长度的半径进行表示(展示或显示)，而将对应时刻下所有项目属性值的总和转换成圆环面积形式进行表示；分别实现使用直线线段和三次样条插值的曲线线段链接方式，形成以圆为显示区域的可视化Circle-ThemeRiver。从而克服了已有可视化ThemeRiver对增长型数据因屏幕像素或数据随时间不断增长，前期数据的数据值较小导致显示不清晰、占用面积过小存在空间浪费等缺陷，由此，达到在有限空间内最大限度将数据清晰显示、增加可显示数据量的目的。因而，改进后的数据可视化方法Circle-ThemeRiver，更匹配或更适用于增长型数据的可视化处理。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合图1所示本申请提供的一种增长型时间序列数据的可视化方法(Circle-ThemeRiver)的一实施例的流程图，对本申请的方法进行描述。

在步骤S110，将待显示的增长型时间序列数据的数据集(time-varying data，以下简称TD)，生成具有对应所述数据集TD的属性值v_ij的二维数组V(或V_ij)。其中，所述属性值v_ij与该待显示的增长型时间序列数据的可视化时间和可视化项目相关，并且，该二维数组V中的属性值v_ij按照一定顺序存储。

该待可视化的时间序列数据是一个具有时间属性的数据集TD，例如该TD数据集为{v₁₁，v₂₁，…，v_ij，…，v_mn}，即待可视化的增长型时间序列数据。

可以先对该数据集TD进行预处理，生成二维数据集合V/V_ij。

比如，可以对数据集TD按照其需要显示的每个项目对应的每个时刻的不同的属性值，存储成为二维数组。

也就是说，可以根据该数据集TD的显示时间(需要显示或者说可视化的时间)和显示项目(需要显示或者可视化的项目)，依据每个显示项目，逐一获取该数据集TD中具有时间属性的值，即属性值，成为对应该数据集TD的属性值v_ij并按照一定顺序，逐一写入/存入二维数组V中。该二维数组V中，以二维数组的方式进行存储的每行、每列的这些属性值的排列位置，都与该数据集TD的显示时间和显示项目都有关联。

一个例子：假设该数据集TD所需要显示的时间段为(1，n)(或为区间[1，n])，则每一个项目对应每一个时刻j，具有属性值v_j，其中1<j<n(或1≤j≤n)；而由于ThemeRiver是同时显示多个项目的，假设需要同时显示的项目一共为m个，则第i个项目在第j个时刻中拥有的属性值记作v_ij，其中1<i<m(或1≤i≤m)；将待可视化的时间序列数据TD存储为数组形式时，对于某一数组c_qp，c_qp＝v_ij，其中q与i和p与j分别形成一对一的映射关系，所以将数组记为V，其中的元素用v_ij表示。

在后续计算中，将会采用以下两种描述：

(1)将数据描述成(t_j，v_ij)，表示在第t_j个时刻，第i个项目具有v_ij的属性值，其中t_j代表时刻j；

(2)将数据描述成(u_i，v_ij)，表示第i个项目，在第j个时刻具有v_ij的属性值，其中u_i代表项目i。

此外，本实施例中，展示的Circle-ThemeRiver需要一个圆心O(默认设置在笛卡尔坐标系的原点)，一个固定半径为R的显示区域，即预设一个对该时间序列数据进行可视化显示的限制区域。其中，对于半径中的夹角，将使用θ_ij进行标识，表示项目i在时刻j时在圆中所占有的夹角度数。

在一个实施方式中，参见图2所示，本申请的可视化方法中生成二维数组的一个实施例的流程图。

在步骤S210，从待显示的增长型时间序列数据的数据集TD中，根据其时间属性和可视化项目，依次读取所述数据集TD中对应每个项目的每个时 刻(时间点)的该数据集TD的属性值v_ij。

具体地，数据集TD(即该时间序列数据)为{v₁₁，v₂₁，…，v_ij，…，v_mn}。

根据时间属性，可以将数据描述成子集T₁,T₂,…,T_j,…,T_n，其中T_j为{v_1j，v_2j,…,v_ij，…，v_mj}，将数据按时间映射描述成(t_j，v_ij)，表示在第t_j个时刻，第i个项目具有v_ij的属性值，其中t_j代表时刻j。

根据要显示的项目，可以将数据描述成子集U₁,U₂,…,U_i,…,U_m，其中U_i为{v_i1，v_i2，…,v_ij，…，v_in}，将数据按项目映射描述成(u_i，v_ij)，表示第i个项目，在第j个时刻具有v_ij的属性值，其中u_i代表项目i。

在步骤S220，将读取的每个v_ij以时间顺序进行排序(如…，j-1，j，j+1，…的顺序)，并按顺序存入数组V中对应的每个项目的行的相应位置。

在步骤S230，依次完成步骤S220的读取和步骤S230的存入后，生成包括对应每个项目i下每个时间点t_j对应的属性值v_ij的二维数组V。

比如，该二维数组V的每一行表示该数据集TD要显示或者说可视化的每一个项目，而每行中依次对应的列的值，即表示该行即该项目中每个可视化时间点对应的数据集TD的属性值。

一个具体的例子：首先，读取第1个项目所有时间段的属性值v_1j，将v_1j按时间j进行排序，按顺序放入(例如：存入)数组V中的第1行；然后，重复如步骤S210、S220的读取和存入，依次读取第2至m个项目的数据，按顺序存入数组V中；最终生成与待显示的增长型时间序列数据的数据集TD完全对应的二维数组，并存储该二维数组。其中，i个项目范围在区间[1，m]中；j时间点或者时刻在可视化显示时间段区间[1，n]中。下面是二维数组V的矩阵示意形式：

$\left\{\begin{array}{ccc}v11& ...& v1n\\ ...& \mathrm{vij}& ...\\ \mathrm{vm}1& ...& \mathrm{vmn}\end{array}\right\}$

变化过程如： 

由此，将TD形成二维数组V并存储。

在步骤S120，对所述二维数组V中的每一个属性值v_ij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标。由此可以生成与二维数组中属性值v_ij一一对应的空间坐标点集合XY，集合XY中每个元素用坐标(x_ij，y_ij)表示。

具体地，可以对每一个属性值v_ij进行坐标转换，转换成以原点(0，0)为圆心，固定半径为R的圆形限定区域中的坐标，例如，步骤S101预设的所述的圆形显示区域，该每一个属性值都可以转换成以该原点O(0，0)为圆心，固定半径为R的圆形限定的可视化显示区域中的相应坐标。

在一个实施方式中，参见图3所示，本申请的可视化方法中进行坐标转换的一个实施例的流程图。

在步骤S310，计算每个时刻t_j下，所有(m个)项目属性值的和，以根据所述属性值的总和来分配对应预设的圆形显示区域中的环形面积S_j。

其中，该“和”记为(t_j，)，其中为对i求和；并且，根据每个时刻t_j的属性值的总和，分配面积。

比如：对数据子集T₁,T₂,…,T_j,…,T_n，计算每一个T_j{v_1j，v_2j,…,v_ij，…，v_mj}的属性和将其属性值和表示为tv₁,tv₂,…,tv_j,…,tv_n，将总和记作 $V_{\mathrm{sum}}={\mathrm{\&Sigma;}}_1^n{\mathrm{\&Sigma;}}_1^m{v}_{\mathrm{ij}}.$

其中，可以根据每个时刻t_j的属性值的总和来分配对应预设的圆形显示区域中的环形面积S_j。该圆形显示区域如步骤S110中所述的以原点(0，0)为圆心，固定半径为R的圆形限定区域。

在步骤S320，根据分配的所述面积，例如前述例子中环形面积S_j，可以计算每个时刻在所述显示区域所占分布距离(半径段R_j)。

其中，可以根据分配的所述环形面积S_j，计算每个时刻在(前述圆形显示区域的)该圆中所占的半径段R_j，其中R_j∈(R_aj，R_bj]。

例如：根据固定的半径长R，以环形面积对应属性值和tv₁,tv₂,…,tv_j,…,tv_n的形式，生成下列方程式，计算每个时刻坐标所在的半径段。其中S_sum代表整个限定圆形区域的面积，pi代表圆周率π，共n个方程式，共n个未知参数R_a1,R_a2,…,R_aj,…,R_an，在圆中如图4所示。

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{a1}^2*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_1/V_{\mathrm{sum}}\\ (R_{a2}^2-R_{a1}^2)*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_2/V_{\mathrm{sum}}\\ ......\\ (R_{\mathrm{aj}}^2-R_{a(j-1)}^2)*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_j/V_{\mathrm{sum}}\\ ......\\ (R_{\mathrm{an}}^2-R_{a(n-1)}^2)*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_n/V_{\mathrm{sum}}\end{array}\right\}$

在步骤S330，根据每个时刻下每个项目的属性值确定的该属性值对应的在所述显示区域所占角度，计算每个时刻下每个项目的属性值对应的所占角度与半径上限R_1b形成的圆环的所有交点处的坐标(x_ij，y_ij)。

首先，根据第1个时刻t_j下，每个项目j的属性值所占百分比，确定其所占角度；按照其所占的角度与半径上限R_1b所形成的圆环的交点，计算其点的坐标(x_i1，y_i1)。然后，重复前面的计算坐标过程，计算每一个时刻i下，每个项目j所对应的坐标点(x_ij，y_ij)。具体例如：

对数据子集U₁,U₂,…,U_i,…,U_m，计算每一个U_i{v_i1，v_i2,…,v_ij，…，v_in} 的属性和将其属性值和表示为uv₁,uv₂,…,uv_i,…,uv_m。

根据公式θ_ij＝v_ij/uv_i*2pi，计算每一个属性值v_ij所对应的弧度，形成如下角度集合θ，每一个θ_ij与v_ij成一一对应关系。角度θ_ij如图5所示。

根据θ_ij，可计算对应的斜率k_ij＝tanθ_ij，以原点(0,0)为已知点，计算并获得θ_ij对应的直线方程5.1。联立其相应的半径为R_aj的圆形方程5.2。根据角度θ_ij，以x正轴为起始，逆时针旋转表示，当θ_ij∈(0,π/2)时，x>0，y>0；当θ_ij∈(π/2),π)时，x<0，y>0；当θ_ij∈(π,3π/2)时，x<0，y<0；当θ _ij∈(3π/2,2π)时，x>0，y<0。计算得其对应坐标(x_ij，y_ij)，生成与v_ij一一映射的(x_ij，y_ij)。

$\left\{\begin{array}{cc}{k}_{\mathrm{ij}}*x+b_{\mathrm{ij}}=y& \left(5.1\right)\\ x^2+y^2=R_{\mathrm{aj}}^2& \left(5.2\right)\end{array}\right\}$

其中，获得的所有交点的坐标即表示所有相应的属性值在所述显示区域中的坐标位置。

在步骤S130，将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图。即根据坐标点，用直线或曲线线段连接起来。

首先，用线条将每个项目相应的时刻的点连接起来，可以包括：

(1)用直线连接，则可以对项目1，从圆心/原点(0,0)开始按照时间顺序将该项目下所有时刻上的坐标按顺序用线段连接在一起，重复该连接过程直到每个项目i的点都用直线或者线段连接(联系)完毕；

(2)用曲线连接，则可以对项目1，从圆心/原点(0,0)开始按照时间顺序将该项目下所有时刻上的坐标按顺序用三次样条插值法连接在一起，对于项目之间存在重叠区域的，使用边界条件对曲线方程进行修正，然后重复该连接和修正过程直到每个项目i的点都用三次样条插值连接(联系)完毕。

具体地，如果使用的是直线，从圆心为第一个初始点，依顺序对项目i中两个连续的点，解二元一次方程a_ij*x+b_ij＝y，获得与点对应的直线方程，其中对每一个方程x∈(min(x_ij，x_i(j-1))，max(x_ij，x_i(j-1)))，y∈(min(y_ij，y_i(j-1))，max(y_ij，y_i(j-1)))。生成下列方程组集合Line，每一个线段方程对应一个v_ij。链接示例如图6所示。

具体地，如果使用的是曲线，从圆心为第一个初始点，对项目i联立n个时刻的坐标点，解如下式6.2.1的三次样条插值方程。其中共有4n个未知数，每段曲线段函数有相应的两个端点，根据第一类边界条件端点处两条相交的曲线段斜率相同，共可生成4n-2个方程。对于第i个项目所缺省的2个方程，默认过原点的曲线过最后一个时刻的曲线 根据4n个方程，解4n个未知数即可解出每个项目i，每两个端点之间的曲线线段方程。其中x∈(min(x_ij，x_i(j-1))，max(x_ij，x_i(j-1)))，y∈(min(y_ij，y_i(j-1))，max(y_ij，y_i(j-1)))，生成下列方程组集合Line。链接示例如图7所示。

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{i1}{x}^3+b_{i1}{x}^2+c_{i1}x+d_{i1}=y\\ a_{i2}{x}^3+b_{i2}{x}^2+c_{i1}x+d_{i2}=y\\ ......\\ a_{\mathrm{ij}}{x}^3+b_{\mathrm{ij}}{x}^2+c_{\mathrm{ij}}x+d_{\mathrm{ij}}=y\\ ......\\ a_{\mathrm{in}}{x}^3+b_{\mathrm{in}}{x}^2+c_{\mathrm{in}}x+d_{\mathrm{in}}=y\end{array}\right\}---\left(\mathrm{6.2.1}\right)$

然后，根据生成的Line集合，设每个项目i的在时刻j的线段函数，其与项目i-1在时刻j的线段函数，R_a(j-1)与R_aj代表的圆环三者所组合成的封闭区域为项目i在时刻j的代表区域。

其中，若使用曲线线段链接，存在相邻的两个项目i和i-1的覆盖区域在时刻j存在重叠现象时，则重置该曲线连接过程中设置的2个缺省方程，使用y′_j-1(x_i(j-1),y_i(j-1))＝k_i(j-1)和y′_j(x_ij,y_ij)＝k_ij，进行曲线修正。若所有项目均经过曲线修正仍存在交叉覆盖现象，则将覆盖区域的曲线用线段代替。从而优化Line集合。优化效果如图8所示。

其中，若使用曲线线段链接，在第i个项目在(j-1,j)的时间段内，存在点(x_ij,y_ij)和点(x_i(j-1),y_i(j-1))的斜率k_ij＝k_i(j-1)，使用直线线段函数代替原本的曲线线段函数。修正效果如图9所示。

在步骤S140，对不同项目j进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图。即每个项目用不同颜色进行填充。

在一个实施方式中，可以根据步骤S130中生成并优化的Line集合以及对边界点的限定，对于项目i进行颜色color_i的颜色填充。填充区域为项目i的连续线段函数，其与项目i-1的连续线段函数和半径为R的圆弧所组成的闭合区间，直线与曲线的Circle-ThemeRiver如图10所示。

具体例如，可以首先针对第1个项目(项目1)，将项目代表的线条和坐标轴之间的区域用颜色color₁填充；再从项目2开始，将项目1至项目2线条之间的区域用颜色color₂填充；重复项目2的填充方式，直至m个项目都填充完毕。

另外，图11示出了本申请的一优选例子的具体流程。

Step0：将数据TD存储成二维数组V；

Step1：根据时刻，计算生成每个时刻的属性和的集合{tv₁，tv₂，…tv_j…tv_n}；

Step2：根据属性和集合以及固定的显示圆形区域的半径，计算成一一映射关系的半径集合{R_a1，R_a2，…R_aj…R_an}；

Step3：根据项目，计算成成每个项目的属性和的集合{uv₁，uv₂，…uv_i…uv_m}；

Step4：根据每个时刻所有项目的属性总和，以及每个项目的属性值，按比例分配角度，生成与集合V成一一映射关系的角度集合θ；

Step5：根据半径集合与角度集合求与集合V成一一映射关系的坐标点集合XY；

Step6：判断是否用曲线连接(链接)；

Step6.1：判断为否，则将每个项目的连续坐标点用直线线段连接起来并求线段方程，进入步骤Step9；

Step6.2：判断为是，即是用曲线连接，则将每个项目的连续坐标点用曲线线段连接起来，用三次样条插值法求出线段方程；

Step7：判断存在覆盖现象，则使用边界条件或者用直线线段替代的方式修正相关线段函数(方程)；

Step8：未存在覆盖现象，但若判断线段上存在坐标点超过边界的情形，则对边界点进行上限和下限的修正；

Step9：未存在覆盖现象且判断线段上未存在坐标点超过边界的情形，或者步骤Step7、8修正完成、或者非用曲线连接，则根据半径为R的原，原点以及项目之间形成的封闭区域进行特定颜色的填充。

图12示意性地示出了根据本申请的增长型时间序列数据的可视化系统的一实施例的结构框图。根据本申请的一个实施例，该系统1200可以包括：

二维数组生成装置1210，用于将待显示的增长型时间序列数据的数据集(time-varying data，以下简称TD)，生成具有对应所述数据集TD的属性值vij的二维数组V(或Vij)。其中，所述属性值vij与该待显示的增长型时间序列数据的可视化时间和可视化项目相关，并且，该二维数组V中的属性值vij按照一定顺序存储。其具体功能及处理参见步骤S110。

该二维数组生成装置1210还包括：读取模块1211，用于从待显示的增长型时间序列数据的数据集TD中，根据其时间属性和可视化项目，依次读取所述数据集TD中对应每个项目的每个时刻(时间点)的该数据集TD的属性值v_ij，其具体功能及处理参见步骤S210；存入模块1212，用于将读取的每个v_ij以时间顺序进行排序(如…，j-1，j，j+1，…的顺序)，并按顺序存入数组V中对应的每个项目的行的相应位置，其具体功能及处理参见步骤S220；生成模块1213，用于依次完成读取和存入后，生成包括对应每个项目i下每个时间点t_j对应的属性值v_ij的二维数组V，具体功能及处理参见步骤S230。

转换装置1220，用于对所述二维数组V中的每一个属性值vij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标。该装置的具体功能及处理参见步骤S120。

该转换装置1220还包括：第一计算模块1221，用于计算每个时刻t_j下，所有(m个)项目属性值的和，以根据所述属性值的总和来分配对应预设的圆形显示区域中的环形面积S_j，具体功能及处理参见步骤S310；第二计算模块1222，用于根据分配的所述面积，例如前述例子中环形面积S_j，可以计算每个时刻在所述显示区域所占分布距离(半径段R_j)，具体功能及处理参见步骤S320；坐标计算模块1223，用于根据每个时刻下每个项目的属性值确定的该属性值对应的在所述显示区域所占角度，计算每个时刻下每个项目的属性值对应的所占角度与半径上限R_1b形成的圆环的所有交点处的坐标(x_ij，y_ij)具体功能及处理参见步骤S330。

连接装置1230，用于将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图。具体功能及处理参见步骤S130。

填充装置1240，用于对不同项目j进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图。具体功能及处理参见步骤S140。

由于本实施例的系统所实现的处理及功能基本相应于前述图1～图11所示的方法实施例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

本申请的方案，针对增长型时间序列数据进行可视化处理(Circle-ThemeRiver)的改进，其数据转换成的图形图像，展示效率高，显示清晰准确；而且，通过使用圆形限定区域代替传统ThemeRiver使用矩形区域显示，将空间利用率提高至100％，明显增加了空间利用率，并且使数据的信息更加清晰地显示，如图4-10所示。由此，增长型时间序列数据能转换成更好的显示图形图像、能清晰地识别每一个时刻的数据情况，并且，避免显示空间的浪费和低效利用，进而，这类数据的可视化展示效果和效率的提高，有利后续区分和分析，提升用户体验。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁 磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种增长型时间序列数据的可视化方法，其特征在于，包括：

将待显示的增长型时间序列数据的数据集TD，生成具有对应所述数据集TD的属性值v_ij的二维数组V，其中，所述属性值v_ij与该待显示的增长型时间序列数据的可视化时间和可视化项目相关，并且，该二维数组V中的属性值v_ij按照一定顺序存储；

对所述二维数组V中的每一个属性值v_ij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标(x_ij,y_ij)；

将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图；

对不同项目j进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将待显示的增长型时间序列数据的数据集TD，生成具有对应所述数据集TD的属性值v_ij的二维数组V，还包括：

从待显示的增长型时间序列数据的数据集TD中，根据其时间属性和可视化项目，依次读取所述数据集TD中对应每个项目的每个时刻的该数据集TD的属性值v_ij；

将读取的每个v_ij以时间顺序进行排序，并按顺序存入数组V中对应的每个项目的行的相应位置；

依次完成所述读取和存入后，生成包括对应每个项目i下每个时刻t_j对应的属性值v_ij的二维数组V。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述二维数组V中的每一个属性值v_ij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标，还包括：

计算每个时刻t_j下，所有项目属性值的和，以根据所述属性值的总和来分配对应预设的圆形显示区域中的环形面积S_j；其中，预设的圆形显示区域为以原点为(0,0)为圆心，固定半径为R的圆形限定区域，所述转换包括对每一个属性值v_ij转换成以原点为(0,0)为圆心，固定半径为R的圆形限定区域中的坐标；

根据分配的所述环形面积S_j，计算每个时刻在所述显示区域所占分布距离，以半径段R_j表示；

根据每个时刻下每个项目的属性值确定的该属性值对应的在所述显示区域所占角度，计算每个时刻下每个项目的属性值对应的所占角度与半径上限形成的圆环的交点的坐标(x_ij，y_ij)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，计算每个时刻t_j下，所有项目属性值的和，以根据所述属性值的总和来分配对应预设的圆形显示区域中的环形面积S_j，还包括：

对TD的以时间为顺序的数据子集T₁,T₂,…,T_j,…,T_n，计算每一个T_j{v_1j，v_2j,…,v_ij，…，v_mj}的属性和将其属性值和表示为tv₁,tv₂,…,tv_j,…,tv_n，将总和记作

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据分配的所述环形面积S_j，计算每个时刻在所述显示区域所占分布距离，以半径段R_j表示，还包括：

根据固定的半径长R，以环形面积对应属性值和tv₁,tv₂,…,tv_j,…,tv_n的形式，生成下列方程式，以计算每个时刻坐标所在的半径段：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{a1}^2*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tu}}_1/V_{\mathrm{sum}}\\ (R_{a2}^2-R_{a1}^2)*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_2/V_{\mathrm{sum}}\\ ......\\ (R_{\mathrm{aj}}^2-R_{a(j-1)}^2)*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_j/V_{\mathrm{sum}}\\ ......\\ (R_{\mathrm{an}}^2-R_{a(n-1)}^2)*\mathrm{pi}/S_{\mathrm{sum}}={\mathrm{tv}}_n/V_{\mathrm{sum}}\end{array}\right\}$

其中，S_sum代表整个限定圆形区域的面积，pi代表圆周率π，共n个方程式，共n个未知参数R_a1,R_a2,…,R_aj,…,R_an。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据每个时刻下每个项目的属性值确定的该属性值对应的在所述显示区域所占角度，计算每个时刻下每个项目的属性值对应的所占角度与半径上限形成的圆环的交点的坐标(x_ij，y_ij)，还包括：

对TD的以项目为顺序的数据子集U₁,U₂,…,U_i,…,U_m，计算每一个U_i{v_i1，v_i2,…,v_ij，…，v_in}的属性和将其属性值和表示为uv₁,uv₂,…,uv_i,…,uv_m；

根据公式θ_ij＝v_ij/uv_i*2pi，计算每一个属性值v_ij所对应的弧度，形成角度集合θ，每一个θ_ij与v_ij成一一对应关系：

根据角度θ_ij，计算对应的斜率k_ij＝tanθ_ij，以原点(0,0)为已知点，计算并获得θ_ij对应的直线方程5.1，联立其相应的半径为R_aj的圆形方程5.2；

$\left\{\begin{array}{cc}{k}_{\mathrm{ij}}*x+b_{\mathrm{ij}}=y& \left(5.1\right)\\ x^2+y^2=R_{\mathrm{aj}}^2& \left(5.2\right)\end{array}\right\}$

根据角度θ_ij，以x正轴为起始，逆时针旋转表示，当θ_ij∈(0,π/2)时，x>0，y>0；当θ_ij∈(π/2),π)时，x<0，y>0；当θ_ij∈(π,3π/2)时，x<0，y<0；当θ_ij∈(3π/2,2π)时，x>0，y<0。计算得其对应坐标(x_ij，y_ij)，生成与v_ij一一映射的(x_ij，y_ij)：

7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图，包括：

如果用直线连接，则对项目1，从圆心/原点(0,0)开始按照时间顺序将该项目1下所有时刻上的坐标按顺序用线段连接在一起，重复该连接过程直到每个项目i的点都用直线或者线段连接完毕；

如果用曲线连接，则对项目1，从圆心/原点(0,0)开始按照时间顺序将该项目下所有时刻上的坐标按顺序用三次样条插值法连接在一起，对于项目之间存在重叠区域的，使用边界条件对曲线方程进行修正，然后重复该连接和修正过程直到每个项目i的点都用三次样条插值连接完毕。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果用曲线连接，还包括：

若存在相邻的两个项目i和i-1的覆盖区域在时刻j存在重叠现象时，则重置该曲线连接过程中设置的缺省方程以进行曲线修正，并且，若所有项目均经过曲线修正仍存在交叉覆盖现象，则将覆盖区域的曲线用线段代替以优化连接线的方程组集合Line；

若在第i个项目在(j-1,j)的时间段内，存在属性值对应的坐标点(x_ij,y_ij)和另一属性值对应的坐标点(x_i(j-1),y_i(j-1))的斜率k_ij＝k_i(j-1)，使用直线线段函数代替原本的曲线线段函数，以进行曲线修正。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对不同项目j进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图，还包括：

对项目1，将项目代表的线条和坐标轴之间的区域用颜色color₁填充；

再从项目2开始，将项目1至项目2线条之间的区域用颜色color₂填充；

重复项目2的填充方式，直至所有项目都填充完毕。

10.一种增长型时间序列数据的可视化系统，其特征在于，包括：

二维数组生成装置，用于将待显示的增长型时间序列数据的数据集TD，生成具有对应所述数据集TD的属性值v_ij的二维数组V，其中，所述属性值v_ij与该待显示的增长型时间序列数据的可视化时间和可视化项目相关，并且，该二维数组V中的属性值v_ij按照一定顺序存储；

转换装置，用于对所述二维数组V中的每一个属性值v_ij进行坐标转换，以获得对应在预设的可视化显示区域中的坐标(x_ij,y_ij)；

连接装置，用于将每一个项目j的点，用线段或者曲线进行链接，生成Circle-ThemeRiver的黑白图；

填充装置，用于对不同项目j进行不同颜色的标注，生成Circle-ThemeRiver的彩色图。