CN106527912A - 一种基于Voronoi树图的信息检索可视化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Voronoi树图的信息检索可视化系统及方法，根据给定的数据集，提取公共属性，将各个属性作为根节点构建多颗树，对于有子属性的节点，添加子节点，并添加辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，生成Voronoi树图；依次显示Voronoi树图的每一层Voronoi区域，选择布尔运算符和属性，生成新的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域，不断更新选择路径树，生成代表布尔运算表达式的选择路径树；遍历选择的路径树，得到布尔表达式，将其转换为相应的数据库查询语言，在数据库中查询并返回显示符合条件的数据列表。本发明支持同层次属性多选，跨层次属性多选来查询数据，加强普适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Voronoi树图的信息检索可视化系统及方法。
背景技术
在人机交互领域中，信息检索的可视化界面设计是一个快速发展的新兴方向。已有的可视化方法包括树、网络、散点图和图等。其中树是用于将复杂的数据层次化并提供全局和局部的数据视图。其中树分为表、节点链接图和树图，而树图又包含矩形树图和Voronoi树图等。相比矩阵树图，Voronoi树图具有更好的纵横比与层次化体现，常被用于层次数据的可视化展示。
图形化检索作为代替文本检索的主流方法允许用户直接操作查询和搜索的过程。现有的Venn图、filter flow和InfoCrystal都能将查询和结果可视化。目前，传统的可视化工具主要适用于简单查询，对于复杂的多属性布尔查询式则很难生效。因此，研究支持复杂的多属性的层次型数据的可视化检索工具成为一个难点。
如何寻求可视化界面的结构，以及如何在其之上进行复杂多属性的查询操作，成了一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于Voronoi树图的信息检索可视化系统及方法，该发明基于Voronoi树图的结合选择路径树和多层次的属性树来检索复杂数据,将由数据提取出的属性树生成Voronoi树图，在每个非叶节点添加一个子节点代表其本身，生成新型Voronoi树图。初始化结束后提供两个窗口，一个是Voronoi树图，用户通过对布尔运算符和属性的选择，生成选择路径树。另一个显示查询的结果，通过选择路径树，实时转化为布尔表达式，并返回位于数据库中的符合条件的数据列表。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于Voronoi树图的信息检索可视化系统，包括Voronoi图生成模块、查询模块和显示模块，其中：
所述Voronoi图生成模块，根据给定的数据集，提取公共属性，将各个属性作为根节点构建多颗树，对于有子属性的节点，添加子节点，并添加辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，生成Voronoi树图；
所述查询模块，依次显示Voronoi树图的每一层Voronoi区域，选择布尔运算符和属性，生成新的的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域，不断更新选择路径树，生成代表布尔运算表达式的选择路径树；
所述显示模块，遍历选择的路径树，得到布尔表达式，将其转换为相应的数据库查询语言，在数据库中查询并返回显示符合条件的数据列表。
一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，包括以下步骤：
(1)根据给定的数据集，提取公共属性，将各个属性作为根节点构建多颗树，对于有子属性的节点，添加子节点，并添加辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，生成Voronoi树图；
(2)依次显示Voronoi树图的每一层Voronoi区域，选择布尔运算符和属性，生成新的的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域，不断更新选择路径树，生成代表布尔运算表达式的选择路径树；
(3)遍历选择的路径树，得到布尔表达式，将其转换为相应的数据库查询语言，在数据库中查询并返回显示符合条件的数据列表。
所述步骤(1)中，对于给定的数据集，提取其公共属性，并将各个属性作为根节点构建多颗树，对于每棵树的每个节点，若其有子属性，将其添加至该属性的子节点，不断重复添加，直至所有节点不再有未添加的子属性。
所述步骤(1)中，对于给定属性树的节点，若其已有子节点，添加一个辅助子节点节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，不断重复，直至所有非叶节点都已添加过辅助节点。
所述步骤(1)中，将构建的属性树作为Voronoi树图的结构树，运行Voronoi树图算法，生成Voronoi树图。
所述步骤(2)中，具体步骤包括：
(2.1)仅显示Voronoi树图的第一层Voronoi区域；
(2.2)对于显示的每一层，先选择布尔运算符，再选择属性；
(2.3)点击新的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域；
(2.4)重复步骤(2.2)和(2.3)，对于每一次选择，更新选择路径树。
所述步骤(2.2)中，依照用户需求，指定本层的布尔运算符。再依次选择需要的属性。
所述步骤(2.3)中，选择某一Voronoi区域，若其为非叶节点，本层的其他站点均按比例远离该区域的站点，使该Voronoi区域面积达到其父节点面积的40％以上，在扩大后的Voronoi区域，显示其子节点的Voronoi区域。
所述步骤(2.4)中，对于每次辅助节点运算符的选择，若其父节点不为根节点，用一条弧连接该节点和其父节点，对于每次运算符后的属性选择，用一条弧连接辅助节点和被选择的属性所代表的节点，生成一颗代表布尔运算表达式的选择路径树。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提出了支持复杂的多属性的层次型数据的可视化检索的解决方案；
(2)本发明可支持同层次属性多选，跨层次属性多选来查询数据，加强普适性；
(3)本发明保证了界面空间的利用率，优化了选择的操作次数。所提出的路径树既可视化了数据选择的过程，也可作为层次信息的结果作为展示。
附图说明
图1(a)为Voronoi树图选择过程图；
图1(b)为查询结果显示过程图；
图2为本发明流程框架的示意图；
图3历史文物的分类树示意图；
图4(a)(b)(c)(d)传统Voronoi树图与新型Voronoi树图；
图5(a)(b)(c)为选择过程示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
基于Voronoi树图的检索可视化方法，包括以下步骤：
(1)生成新型Voronoi树图。
(2)新型Voronoi树图上操作，得到实时的选择路径树。
(3)根据选择路径树，显示查询数据结果。
所述步骤(1)包含如下步骤：
(1.1)对于给定数据集，得到其属性树。
(1.2)对于属性树，添加辅助节点，生成新型属性树。
(1.3)根据新型属性树，得到新型Voronoi树图。
所述步骤(1.1)包含如下步骤：
(1.1.1)对于给定的数据集，提取其公共属性，并将各个属性作为根节点构建多颗树。
(1.1.2)对于每棵树的每个节点，若其有子属性，将其添加至该属性的子节点。
(1.1.3)重复(1.1.2)直至所有节点不再有未添加的子属性
所述步骤(1.2)包含如下步骤：
(1.2.1)对于给定属性树的节点，若其已有子节点，添加一个辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身。
(1.2.2)重复(1.2.1)直至所有非叶节点都已添加过辅助节点。
所述步骤(1.3)包含如下步骤：
(1.3.1)将新型属性树作为Voronoi树图的结构树。
(1.3.2)运行Voronoi树图算法，生成新型Voronoi树图。
所述步骤(2)包含如下步骤：
(2.1)仅显示Voronoi树图的第一层Voronoi区域。
(2.2)对于显示的每一层，先选择布尔运算符，再选择属性。
(2.3)点击新的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域。
(2.4)重复(2.2)和(2.3)，对于每一次选择，更新选择路径树。
所述步骤(2.2)包含如下步骤：
(2.2.1)每一层的辅助节点，进行相应的布尔运算符(“∩”，“∪”，“-”)或删除操作。选择任意一个布尔运算符，即选择了本层的布尔运算符。进行删除操作，即删除了从本节点下的所有子节点的选择和布尔运算符的选择。
所述步骤(2.3)包含如下步骤：
(2.3.1)单击某一Voronoi区域，若其为非叶节点，本层的其他站点均按比例远离该区域的站点，使该Voronoi区域足够大。
(2.3.2)在扩大后的Voronoi区域，显示其子节点的Voronoi区域。
所述步骤(2.4)包含如下步骤：
(2.4.1)对于每次辅助节点运算符的选择，若其父节点不为根节点，用一条弧连接该节点和其父节点。
(2.4.2)对于每次运算符后的属性选择，用一条弧连接辅助节点和被选择的属性所代表的节点。
(2.4.3)由此，生成一颗代表布尔运算表达式的选择路径树。
所述步骤(3)包含如下步骤：
(3.1)对于选择路径树，转换为特定的数据库查询语言。
(3.2)根据数据库查询语言，在数据库中查询并返回显示符合条件的数据列表。
所述步骤(3.1)包含如下步骤：
(3.1.1)通过中序遍历选择路径树，得到布尔表达式。
(3.1.4)将布尔表达式中的(A-a1-a2)修改为(a3∪a4...∪an)。(A的子节点为a1，a2....an)。
(3.1.2)根据对于布尔表达式中每一个属性a(属于大属性A)，修改为“A like(a)”。
(3.1.3)将布尔表达式中的“∩”，“∪”分别修改为“and”和“or”。
(3.1.4)在句首添加特定数据库的特定的语句。
如图3所示，进行步骤(1.1)，根据历史文物的公共属性，提取5种属性(Material、Function、Region、Dynasty、Source)，并分别将其子属性添加至其子节点构建五颗属性树。
进行步骤(1.2)，对于属性树，添加辅助节点。
图4(a)为原第一层Voronoi，图4(b)添加辅助节点“root”后的新的第一层Voronoi。
图4(c)为Source下的一层Voronoi，图4(d)添加辅助节点“Source”后新的Voronoi。
根据Voronoi树图算法，生成新型Voronoi树图。
如图4(b)所示，初始界面仅显示Voronoi的第一层Voronoi图，定义初始化某节点为仅显示该节点Voronoi区域而不显示其子节点；
如图5(a)所示，对于一层展开的Voronoi。用户选择相应的辅助节点，进行布尔运算符选择或删除操作。如图5(b)所示，选择布尔运算符(“∪”)，该辅助节点确定该布尔运算符(“∪”)。如图5(c)所示，依次选择本层的属性(Central_China，SouthWest，TW_HK_MC)。
对于本次操作，更新选择路径树，此时选择路径树即为如图所示的直线组成的树。
将属性字符串转换成布尔表达式，即 将布尔表达式转化为特定的数据库查询语句。
在数据库中查询符合条件的数据集，来实现新窗口的更新。
用户可重复步骤(2)，通过单击某Voronoi区域展开新的一层Voronoi，进而进行选择。如图1(b)图，对应的布尔表达式为 若欲删除X.S.Z只需要长按其辅助节点并单击“×”，则此时布尔表达式变成
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种基于Voronoi树图的信息检索可视化系统，其特征是：包括Voronoi图生成模块、查询模块和显示模块，其中：
所述Voronoi图生成模块，根据给定的数据集，提取公共属性，将各个属性作为根节点构建多颗树，对于有子属性的节点，添加子节点，并添加辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，生成Voronoi树图；
所述查询模块，依次显示Voronoi树图的每一层Voronoi区域，选择布尔运算符和属性，生成新的的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域，不断更新选择路径树，生成代表布尔运算表达式的选择路径树；
所述显示模块，遍历选择的路径树，得到布尔表达式，将其转换为相应的数据库查询语言，在数据库中查询并返回显示符合条件的数据列表。
2.一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)根据给定的数据集，提取公共属性，将各个属性作为根节点构建多颗树，对于有子属性的节点，添加子节点，并添加辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，生成Voronoi树图；
(2)依次显示Voronoi树图的每一层Voronoi区域，选择布尔运算符和属性，生成新的的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域，不断更新选择路径树，生成代表布尔运算表达式的选择路径树；
(3)遍历选择的路径树，得到布尔表达式，将其转换为相应的数据库查询语言，在数据库中查询并返回显示符合条件的数据列表。
3.如权利要求2所述的一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：所述步骤(1)中，对于给定的数据集，提取其公共属性，并将各个属性作为根节点构建多颗树，对于每棵树的每个节点，若其有子属性，将其添加至该属性的子节点，不断重复添加，直至所有节点不再有未添加的子属性。
4.如权利要求2所述的一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：所述步骤(1)中，对于给定属性树的节点，若其已有子节点，添加一个辅助子节点位于其Voronoi单元重心处代表其本身，不断重复，直至所有非叶节点都已添加过辅助节点。
5.如权利要求2所述的一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：所述步骤(1)中，将构建的属性树作为Voronoi树图的结构树，运行Voronoi树图算法，生成Voronoi树图。
6.如权利要求2所述的一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：所述步骤(2)中，具体步骤包括：
(2.1)仅显示Voronoi树图的第一层Voronoi区域；
(2.2)对于显示的每一层，先选择布尔运算符，再选择属性；
(2.3)点击新的Voronoi区域，以显示其子节点的Voronoi区域；
(2.4)重复步骤(2.2)和(2.3)，对于每一次选择，更新选择路径树。
7.如权利要求6所述的一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：所述步骤(2.3)中，选择某一Voronoi区域，若其为非叶节点，本层的其他站点均按比例远离该区域的站点，使该Voronoi区域面积达到其父节点面积的40％以上，在扩大后的Voronoi区域，显示其子节点的Voronoi区域。
8.如权利要求6所述的一种基于Voronoi树图的信息检索可视化方法，其特征是：所述步骤(2.4)中，对于每次辅助节点运算符的选择，若其父节点不为根节点，用一条弧连接该节点和其父节点，对于每次运算符后的属性选择，用一条弧连接辅助节点和被选择的属性所代表的节点，生成一颗代表布尔运算表达式的选择路径树。
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