CN112732744B - 一种基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，通过Tcl/Tk开发图形界面，在该界面下，用户获得编码书解码之后的参数，并定义数据查询、分析的需求，程序将需求发送至后台的R脚本输入端，R脚本对访问的涉及参数的数据域进行分析，形成数据交换表，并将数据交换换表存在到本机。再运用Vbs语言将分析结果呈现到Excel中，提供可视化的图标，并将结果整理为PPT格式，供工程师使用。本发明可实现对CIDAS数据库的高效分析，并提供可视化的分析结果。

Description

一种基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法
技术领域
本发明是涉及数据处理方法，特别涉及CIDAS（中国交通事故深入研究）数据库的处理方法。
背景技术
CIDAS数据库是中国交通事故深入调查的数据库，包含了道路、车辆、环境、人员等全面信息，每起交通事故包含近3000个参数，这些参数分类别存放在31个表格中，形成数据库。目前数据库事故数量在5000多起，且以每年1000起左右的量增加。CIDAS数据库是主被动安全研究的重要依据，传统的方式是将数据库拆分为不同的Excel表格，通过Excel表格的查询和筛选功能对数据进行重新汇总，得到分析结果。但在CIDAS数据库的运用过程中，1、面对海量的数据，因参数以编码方式存储，通过表格访问数据效率低下，操作过程容易出错；2、在进行统计分析、挖掘数据潜在的价值时，每张表格主键值不同，且数据穿插存储于不同表格中，属于关系性数据库，读写性能差，非数据处理专业人员需要耗费大量的时间学习数据处理的方法，方可进行交通事故关注参数的统计分析；3、数据库一直在不断更新，包括数据量的增加和解码书的变更，每次变更需要重新执行分析任务，费时费力。
基于以上，针对CIDAS数据库的分析，需要一种新的方法，以提升分析CIDAS数据的效率。
R语言在数据分析、统计建模、数据可视化方面的运用广泛，且开源，拥有丰富的包，供工程师在不同领域使用。Tcl/Tk是一种工程控制语言，Tk是Tcl的一个强大的图形工具箱，可快速开发图形界面，在工程领域拥有广泛的运用。Vbs是Microsoft软件所支持的脚本语言，支持Excel图表的二次开发，更加方便地使得数据可视化，同时可支持PPT自动生成结果报告。
发明内容
本发明提供一种基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，运用Tcl/Tk图形化界面，以及R语言内存计算的特性，对CIDAS数据库进行高效分析，并提供可视化的分析结果。
本发明的技术方案如下：
一种基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，所述方法是通过Tcl/Tk开发图形界面，在该界面下，用户获得编码书解码之后的参数，并定义数据查询、分析的需求，程序将需求发送至后台的R脚本输入端，R脚本对访问的涉及参数的数据域进行分析，形成数据交换表，并将数据交换换表存在到本机。再运用Vbs语言将分析结果呈现到Excel中，提供可视化的图标，并将结果整理为PPT格式，供工程师使用。
本发明提供的方法具体包括以下步骤：
1、获取用户通过自定义Tcl/Tk界面输入的解码书完整路径；
2、Tcl程序判断该编码书是否更新，若更新，则执行解码模块重新解码，并将解码结果存储到服务器，同时形成解码参数列表，执行步骤（4）；
3、若未更新，则读取服务器上的解码结果，形成解码参数列表，执行步骤（4）；
4、Tcl/Tk输入接口接收到解码参数列表，生成图形界面；
5、获取用户定义的数据查询、统计分析需求，对数据库进行访问；
6、R脚本分析模块对用户需求进行分辨，判断是否在服务器上已存在相同的查询记录；
7、若是，则直接调用服务器上的结果，在Tcl/Tk图形界面预览窗口呈现，并将分析结果可视化的Excel结果打开；
8、若否，则执行R脚本进行数据清洗；
9、数据清洗后，再执行R脚本进行数据分析、筛选；
10、存储数据至本机并上传至服务器；
11、通过Vbs脚本可视化处理，输出可视化数据。
进一步，所述自定义Tcl/Tk界面包括：编码书的输入窗口、数据分析定义窗口、数据分析结果预览窗口。
进一步，所述步骤（5）对数据库进行访问的方式是：使用socket创建套接字，以连接服务器，创建读写通道。
进一步，所述步骤（8）执行R脚本进行数据清洗具体是：R语言根据查询参数的取值范围和类型，对数据库各个参数的数值进行一致性检查，对于无效值和缺失值进行整理删除，并将删除的案例编号和删除原因作为结果保存到本机。
进一步，所述步骤（9）执行R脚本进行数据分析、筛选具体是：根据用户输入的参数，分析参数在数据库表中的分布，通过查询每一张表格包含的参数个数，选择包含输入参数最多的表作为主表，通过查询函数查询其它参数的数值，并写入到主表中；通过subset函数，对主表进行筛选，筛选出满足用户需求的数据，筛选条件来源于用户的定义。
进一步，对于每次查询，程序自动添加事故案例编号参数和参与方编号参数。
进一步，每一个分布都通过自定义R语言函数定义，并提供扩展的接口。
进一步，所述步骤（11）通过Vbs脚本可视化处理是指，通过Vbs脚本首先将数据转换为xlsx格式文件，并将不同的结果汇总到同一张Excel表格中，对每张表格制作各参数可视化图表，图表结果反馈给Tcl/Tk界面预览窗供用户快速预览。
进一步，用户在通过生成的图形界面定义数据分析需求时，可添加若干参数，并设置参数间的逻辑关系，作为数据筛选的条件，同时，如果需要定义参数间的关系分析，则需要定义那些参数是需要进行数据关系分析的，并定义分析关系的类型。
进一步，所述R语言访问CIDAS数据库需要加载RODBC库，xlsx库，readr库，ggplot2库。
进一步，通过SparkR前端包，分析计算，来解决随着数据量的不断增加，解决R的大数据瓶颈问题。
从以上的技术方案可见，本发明包括以下三个方面：
本发明的第一个方面，图形界面的定义。主要包括，编码书的输入窗口，数据分析定义窗口，数据分析结果预览窗口。
所述编码书的输入窗口，定义数据库的编码书的路径，通过自定义的Tcl/Tk脚本语言，对编码书解码，获得所有参数的列表及各个参数的取值范围和数据类型。
所述数据分析定义窗口，是用户定义需求的平台，可以包括若干参数间的关系，或满足若干参数条件下的数据筛选，条件之间支持逻辑运算，所述参数来自编码书解码之后的结果，解码结果以数据框形成存储，每一张表格为一个数据框，每个参数的取值以列表形式存储。这样做的优点是，解码书的更新，会时时更新用户定义数据分析的参数域。
所述分析结果预览窗口，是数据所涉及参数的预览和分析结果的预览。其结果是下面所述的Vbs脚本的反馈结果。
本发明的第二个方面，自定义的R脚本。主要包括，数据清洗模块，输入端口模块，交叉表格查询模块，分析模块，数据输出模块。
所述数据清洗模块根据查询参数的取值范围和类型，对数据库各个参数的数值进行一致性检查，对于无效值和缺失值进行整理删除，并将删除的案例编号和删除原因作为结果保存到本机。
所述输入端口模块读取Tcl/Tk的输出，即用户需求的输入，包含了执行用户需求所需要的参数，需求的类型。
所述交叉表格查询模块，根据用户输入的参数，通过查询每一张表格包含的参数个数，选择所包含参数最多的表格作为主表，通过查询函数将存在于主表外的参数在其它表格中查询，并将查询结果存储到主表中，再筛选出满足用户需求的数据。
所述数据输出模块，主要包括三类数据的输出，一是分析结果数据，以表格形式存储到本机；二是涉及查询参数所有案例的表格，并存储到本机；三是数据清洗记录表，并存储到本机。所有分析结果同时上传到服务器。
本发明的第三个方面，数据的可视化。数据结果以Excel格式保存到本机后，通过Vbs脚本，对数据结果进行可视化图表的制作，并将图表保存为图片格式，反馈给分析结果预览窗口，供用户快速预览。
本发明的优点是能够对CIDAS数据库进行高效分析，并提供可视化的分析结果。
附图说明
本发明的特性和优点将通过下面的附图和详细描述让其变得显然，或通过本发明的实践而表现。
图1 是本发明基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的流程示意图。
图2是本发明基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的界面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对实施方案进行详细描述。
如图1所示，为本发明的主要执行示流程如下：
用户通过自定义Tcl/Tk界面输入解码书完整路径，Tcl程序判断该编码书是否更新，更新则执行解码模块重新解码，并将解码结果存储到服务器，如果未更新，则读取服务器上的解码结果。最后形成解码参数列表，输入给Tcl/Tk输入接口，生成图形界面，供用户定义数据查询、统计分析需求。
对数据库的访问，使用socket创建套接字，以连接服务器，创建读写通道。因为解码书数据量大，每次都对解码会降低程序执行的效率，采用此种方式可提高用户分析效率。
用户通过生成的图形界面，定义数据分析需求。用户可添加若干参数，并设置参数间的逻辑关系，作为数据筛选的条件，同时，如果需要定义参数间的关系分析，则需要定义那些参数是需要进行数据关系分析的，并定义分析关系的类型。
本发明中，图形界面的定义主要包括，编码书的输入窗口、数据分析定义窗口、数据分析结果预览窗口，参见图2。
所述编码书的输入窗口，定义数据库的编码书的路径，通过自定义的Tcl/Tk脚本语言，对编码书解码，获得所有参数的列表及各个参数的取值范围和数据类型。
所述数据分析定义窗口，是用户定义需求的平台，可以包括若干参数间的关系，或满足若干参数条件下的数据筛选，条件之间支持逻辑运算，所述参数来自编码书解码之后的结果，解码结果以数据框形成存储，每一张表格为一个数据框，每个参数的取值以列表形式存储。这样做的优点是，解码书的更新，会时时更新用户定义数据分析的参数域。
所述分析结果预览窗口，是数据所涉及参数的预览和分析结果的预览。其结果是下面所述的Vbs脚本的反馈结果。
接下来，R脚本分析模块对用户需求进行分辨，如在服务器上已存在相同的查询记录，则直接调用服务器上的结果，在Tcl/Tk界面预览窗口呈现，并将分析结果可是化的Excel结果打开。如没有查询记录，则执行R脚本进行数据清洗。
具体是，R语言根据输入的参数需求，对输入的参数进行数据清洗，并对数据清洗结果记录到本机。
数据清洗后，R脚本进行数据分析、筛选。具体是分析参数在数据库表中的分布，选择包含输入参数最多的表作为主表，通过查询函数查询其它参数的数值，并写入到主表中。通过subset函数，对主表进行筛选，筛选条件来源于用户的定义。
为了使查询结果更好地为他人使用，每次查询程序自动添加事故案例编号参数和参与方编号参数。
根据用户定义的数据挖掘的参数，进行分析，如分析两个参数的回归性，分析某个参数累计分布情况等。每一个分布都通过自定义R语言函数定义，并提供扩展的接口。
R语言访问CIDAS数据库需要加载RODBC库，xlsx库，readr库，ggplot2库。
一种更优的方式是，通过SparkR前端包，分析计算，来解决随着数据量的不断增加，解决R的大数据瓶颈问题。
最后是数据输出：R语言输出结果为CSV文件格式，通过Vbs脚本首先将数据转换为xlsx格式文件，以方便后期用户进一步的编辑、存储。并将不同的结果汇总到同一张Excel表格中，对每张表格制作各参数可视化图标。图表结果反馈给Tcl/Tk界面预览窗供用户快速预览。
以上具体地描述了本发明专利的实施流程，主要针对中国交通事故数据库而开发的供工程师高效运用数据库的一种方法。应可理解的是，本公开不限于对CIDAS数据库的分析方法，也不限于这里的详细结构，或者实现方法。

Claims (9)

1.一种基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，所述方法是通过Tcl/Tk开发图形界面，在所述图形界面下，用户获得编码书解码之后的参数，并定义数据查询、分析的需求，程序将需求发送至后台的R脚本输入端，R脚本对访问的涉及参数的数据域进行分析，形成数据交换表，并将数据交换表存在到本机，再运用Vbs语言将分析结果呈现到Excel中，提供可视化的图标，并将结果整理为PPT格式，供工程师使用；
包括以下步骤：
步骤（1） 获取用户通过自定义Tcl/Tk界面输入的解码书完整路径；所述自定义Tcl/Tk界面包括：编码书的输入窗口、数据分析定义窗口、数据分析结果预览窗口；
步骤（2） Tcl程序判断该编码书是否更新，若更新，则执行解码模块重新解码，并将解码结果存储到服务器，同时形成解码参数列表，执行步骤（4）；
步骤（3） 若未更新，则读取服务器上的解码结果，形成解码参数列表，执行步骤（4）；
步骤（4） Tcl/Tk输入接口接收到解码参数列表，生成图形界面；
步骤（5） 获取用户定义的数据查询、统计分析需求，对数据库进行访问；
步骤（6） R脚本分析模块对用户需求进行分辨，判断是否在服务器上已存在相同的查询记录；
步骤（7） 若是，则直接调用服务器上的结果，在Tcl/Tk图形界面预览窗口呈现，并将分析结果可视化的Excel结果打开；
步骤（8） 若否，则执行R脚本进行数据清洗；
步骤（9） 数据清洗后，再执行R脚本进行数据分析、筛选；
步骤（10）存储数据至本机并上传至服务器；
步骤（11） 通过Vbs脚本可视化处理，输出可视化数据。
2.根据权利要求1所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，所述步骤（5）对数据库进行访问的方式是：使用socket创建套接字，以连接服务器，创建读写通道。
3.根据权利要求1所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，所述步骤（8）执行R脚本进行数据清洗具体是：R语言根据查询参数的取值范围和类型，对数据库各个参数的数值进行一致性检查，对于无效值和缺失值进行整理删除，并将删除的案例编号和删除原因作为结果保存到本机。
4.根据权利要求1所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，所述步骤（9）执行R脚本进行数据分析、筛选具体是：根据用户输入的参数，分析参数在数据库表中的分布，通过查询每一张表格包含的参数个数，选择包含输入参数最多的表作为主表，通过查询函数查询其它参数的数值，并写入到主表中；通过subset函数，对主表进行筛选，筛选出满足用户需求的数据，筛选条件来源于用户的定义。
5.根据权利要求4所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，对于每次查询，程序自动添加事故案例编号参数和参与方编号参数。
6.根据权利要求4所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，每一个分布都通过自定义R语言函数定义，并提供扩展的接口。
7.根据权利要求1所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，所述步骤（11）通过Vbs脚本可视化处理是指，通过Vbs脚本首先将数据转换为xlsx格式文件，并将不同的结果汇总到同一张Excel表格中，对每张表格制作各参数可视化图表，图表结果反馈给Tcl/Tk界面预览窗供用户快速预览。
8.根据权利要求1所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于，用户在通过生成的图形界面定义数据分析需求时，可添加若干参数，并设置参数间的逻辑关系，作为数据筛选的条件，同时，如果需要定义参数间的关系分析，则需要定义那些参数是需要进行数据关系分析的，并定义分析关系的类型。
9.根据权利要求1所述的基于Tcl/Tk和R语言的高效处理CIDAS数据库的方法，其特征在于所述R语言访问CIDAS数据库需要加载RODBC库、xlsx库、readr库、ggplot2库。
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