Способы визуального представления данных. Методы визуализации

Рис.: Смайлы трех типов выражения лица

Эмоциями называют более или менее устойчивые психические состояния, выражающие отношение человека к другим людям, к самому себе, к окружающей жизни. У человека выявлено шесть универсальных эмоций: грусть, гнев, радость, страх, отвращение и удивление. Центр распознавания эмоций находится в правом полушарии головного мозга. Каждая эмоция отображается на лице, поэтому выражения лица являются надежным индикатором эмоционального состояния человека. Брови, глаза и рот являются главными элементами на лице, посредством которых выражаются и опознаются эмоциональные состоянии я человека.
Информация из окружающей среды, которую воспринимает человек, вызывает у него определенные эмоции. Информация и эмоции служат основой для принятия решения и осуществления действий. Однако кроме объективной информации человек нуждается и в получении субъективной информации, т.е. эмоций. Она может исходить от людей, с которыми человек контактирует, либо синтезированных эмоций, которые вырабатываются индикаторами эмоций в технической системе, а также через «лица Чернова» – гаджеты. Гаджет (англ. gadget - приспособление) - оригинальное, нестандартное техническое приспособление.

I. Коммуникаторы - индикаторы с анимированными эмоциями

Автомобильный коммуникатор DriveMotion (индикатор эмоций) предназначен для неформального общения водителей. Транслирует на дисплей заранее запрограммированные символы-смайлы, выражающие эмоции. Дисплей крепится на заднее стекло автомобиля и позволяет сообщить водителю машины, которая находится сзади, различные эмоциональные смайлы и тексты. Коммуникаторы DriveMotion разработаны в Англии. Их выпускают несколько типов:

2. Запрограммированные на 5 символов, обозначающие различные эмоции: грусть, радость, злость, удивление, благодарность

3. "Русская версия" - запрограммирована на смайлики: улыбка, злость. Слова: "спасибо", "извини", "догони"

4. "Русская версия-2" - запрограммирована на смайлики: улыбка, флирт, злость. Слова: "спасибо", "извини"

5. "Настоящий мужчина" - специально разработанная версия для мужчин. Выводит следующие предложения: "спасибо" + улыбка, "привет" + "милая", "извини" + "братан", "идиот" + гнев, "не тронь" + "я псих"

6. "Гламурная девушка" - версия для девушек. Оформлена в стиле "гламур". Выводит на дисплей предложения: "догони" + язык, "упс" + извини, "не надо" + "биби", "сам такой" + грусть, "спасибо" + анимированный поцелуй

7. "Конструктор" Drivemotion c 500 вариантами эмоций.

II. Коммуникатор эмоций для производства

Управление сложной системой в экстремальных условиях требует от оператора высокого профессионализма и эмоциональной устойчивости. В процессе восприятия информации с пульта ей необходимо дать и эмоциональную оценку. В условиях дефицита времени индикатор эмоций (синоним: эмоциональный индикатор), который установлен на пульте управления, может ускорить принятие решения и предотвратить возникновение ошибки из-за стресса.
В 1971 году на щите управления установки для производства формалина, с использованием серебряного катализатора, (Сланцехимический комбинат «Кивиыли», Эстония) был установлен дисплей, на котором высвечивались смайлы (см. рисунок). Если температура в реакторе была в норме, то выражение лица на смайле было нейтральное. При оптимальной температуре смайл был позитивный.(Оптимальное значение параметров расчитывалось на ЭВМ с использованием математической модели синтеза формалина, поскольку серебряный катализатор постепенно терял свою активность). При выходе температуры за пределы нормы «лицо» имело негативное выражение. Экспериментальная проверка такого пиктографического индикатора эмоций показала, что операторы вели режим более успешно, чем только по прибору КИП, на котором показывалась температура в реакторе. На это новшество была оформлена заявка на изобретение (автор инженер-технолог В. М. Лившиц). Заявка не была принята. По-видимому, в те далекие годы необходимость использовать пиктографические эмоциальные индикаторы в технике еще не была осознана.

III. Лица Чернова

В 1973 году известный американский математик Герман Чернов (Herman Chernoff) предложил метод визуализации для иллюстрации тенденций в многомерных данных путем изображения их в виде пиктографики серии лиц (Лица Чернова – Chernoff Faces). Лица Чернова были особенно эффективны, поскольку они связали элементы лица (ширина лица уровня ушей, радиус ушей, длина или искривления рта, длина носа и т.д.) с характеристиками изучаемой системы.
Метод Германа Чернова позволяет оценивать состояние многофакторных систем, используя врожденную способность человека быстро оценивать изменения в лице человека по многим параметрам. Этим способом можно отображать 10-20-мерные множества в двухмерной и трехмерной графике(3-D). Этот метод широко используют для быстрой оценки методов лечения, массива статистических данных, нахождения фальшивых денег, оценки режима на атомных электростанциях, в авиации, спорте и т.д. Коммуникатор эмоций для управления производством формалина можно рассматривать также как одну из форм пиктографики лица.

Индикаторы эмоций и Лица Чернова - характерный пример проникновения методов психологии для изучения и управления сложными системами. Отметим также, что в нашу креативную эру эмоциональный интеллект (EQ) стремительно развивается, а пиктограммы индикатора эмоций и пиктографика Чернова наглядно демонстрируют эффективность и важность такого подхода.

Литература:
* Herman Chernoff (1973). "The Use of Faces to Represent Points in K-Dimensional Space Graphically". Journal of the American Statistical Association 68 (342): 361–368 (http://www.jstor.org/pss/2284077)
* Литвиненко Д. Метод анализа данных "Лица Чернова" и их развитие с помощью асимметрии (http://nordisk.pp.ru/design/?page=13)

Лица Чернова (Chernoff Faces) - это схема визуального представления мультивариативных данных в виде человеческого лица. Каждая часть лица: нос, глаза, рот - представляет собой значение определенной переменной, назначенной для этой части (всего 18).

Основная идея в том, что для человека очень естесственно смотреть на лица, ведь все люди делают это каждый день. Поэтому анализ данных получается эдаким «натуралистичным». Легко делать сравнения и легко выявлять отклонения. Даже блондинки смогут производить мультивариативный анализ значительного количества данных.

В 1981 году Бернард Флури и Ганс Ридвил (Bernhard Flury and Hans Riedwyl) улучшили концепцию и добавили лицам Чернова асимметрию. Таким образом количество переменных увеличилось вдвое - до 36.

Итак, каждое лицо - это массив из 18 элементов, каждый из которых принимает значение от 0 до 1. Значению соответствует внешний вид соответствующей части лица. Параметры исследуемых объектов приводятся к этим значениям. Экстремумы реальных данных будут приняты как 0 и 1. Все остальное - лежащим в этом промежутке. По полученному массиву конструируется лицо.

Или под катом

Вот какие параметры задаются у лица:

1. Размер глаза
2. Размер зрачка
3. Позиция зрачка
4. Наклон глаза
5. Горизонтальная позиция глаза
6. Вертикальная позиция глаза
7. Изгиб брови
8. Плотность брови
9. Горизонтальная позиция брови
10. Вертикальная позиция брови
11. Верхняя граница волос
12. Нижняя граница волос
13. Обвод лица
14. Темнота волос
15. Наклон штриховки волос
16. Нос
17. Размер рта
18. Изгиб рта

Сложность заключается в правильном сопоставлении исследуемых переменных с частями лица. При ошибке важные закономерности могут остаться незамеченными.

Флури приводит пример удачного анализа с помощью лиц. Он проанализировал 100 реальных и 100 поддельных банкнот по параметрам размера границ, отступов и диагоналей. Вот что получилось:

Поддельные банкноты четко выделились в отдельную группу. Таким образом анализ позволил выявить различающиеся группы объектов.

Асимметрия позволяет рассматривать объекты в прогрессе. Второй пример показывает различные параметры у пациентов, к которым применялось лечение. Левая сторона лица показывает значения параметров до, а правая - после лечения.

Посмотрите как изменилось состояние параметров. Легко можно понять кому и насколько стало лучше, даже не вникая в сущность исследуемых параметров.

Статью Graphical Representation of Multivariate Data by Means of Asymmetrical Faces (by Bernard Flury and Hans Riedwyl) можно почитать на JSTOR

Если у вас нет доступа, я могу вам ее прислать в обмен на интересую ссылку, о которой я еще не знаю.

Лица Чернова (Chernoff Faces) - это схема визуального представления многофакторных данных в виде человеческого лица. Каждая часть лица: нос, глаза, рот - представляет собой значение определенной переменной, назначенной для этой части (всего 18).

Основная идея в том, что для человека очень естесственно смотреть на лица, ведь все люди делают это каждый день. Поэтому анализ данных получается эдаким "натуралистичным". Легко делать сравнения и легко выявлять отклонения. Даже блондинки смогут производить многофакторный анализ значительного количества данных.

Вот какие параметры задаются у лица:

Размер глаза
Размер зрачка
Позиция зрачка
Наклон глаза
Горизонтальная позиция глаза
Вертикальная позиция глаза
Изгиб брови
Плотность брови
Горизонтальная позиция брови
Вертикальная позиция брови
Верхняя граница волос
Нижняя граница волос
Обвод лица
Темнота волос
Наклон штриховки волос
Размер рта
Изгиб рта

Флури приводит пример удачного многофакторного анализа с помощью лиц. Он проанализировал 100 реальных и 100 поддельных банкнот по параметрам размера границ, отступов и диагоналей. Вот что получилось:

Асимметрия позволяет рассматривать объекты в прогрессе. Второй пример показывает различные факторы у пациентов, к которым применялось лечение. Левая сторона лица показывает значения параметров до, а правая - после лечения.

Статью Graphical Representation of Multivariate Data by Means of Asymmetrical Faces (by Bernard Flury and Hans Riedwyl) можно почитать на JSTOR

Если у вас ее нет, я могу вам ее прислать в обмен на интересую ссылку, о которой я еще не знаю.

лицах Чернова " состоит в кодировании значений различных переменных в характеристиках или чертах человеческого лица . Пример такого "лица" приведен на рис.16.2 .

Рис. 16.2. "Лицо Чернова"

Для каждого наблюдения рисуется отдельное "лицо". На каждом "лице" относительные значения переменных представлены как формы и размеры отдельных черт лица (например, длина и ширина носа, размер глаз, размер зрачка, угол между бровями).

Анализ информации при помощи такого способа отображения основан на способности человека интуитивно находить сходства и различия в чертах лица.

На рис. 16.3 представлен набор данных, каждая запись которого выражена в виде " лица Чернова ".

Рис. 16.3. Пример многомерного изображения данных при помощи "лиц Чернова"

Перед использованием методов визуализации необходимо:

Проанализировать, следует ли изображать все данные или же какую-то их часть.
Выбрать размеры, пропорции и масштаб изображения.
Выбрать метод, который может наиболее ярко отобразить закономерности, присущие набору данных.

Многие современные средства анализа данных позволяют строить сотни типов различных графиков и диаграмм. Поэтому выбор метода визуализации, если он самостоятельно осуществляется пользователем, не так прост и легок, как может показаться на первый взгляд. Наличие большого количества средств визуализации, представленных в инструменте, который применяет пользователь , может даже вызвать растерянность.

Одну и ту же информацию можно представить при помощи различных средств. Для того чтобы средство визуализации могло выполнять свое основное назначение - представлять информацию в простом и доступном для человеческого восприятия виде - необходимо придерживаться законов соответствия выбранного решения содержанию отображаемой информации и ее функциональному назначению. Иными словами, нужно сделать так, чтобы при взгляде на визуальное представление информации можно было сразу выявить закономерности в исходных данных и принимать на их основе решения.

Среди двухмерных и трехмерных средств наиболее широко известны линейные графики, линейные, столбиковые, круговые секторные и векторные диаграммы.

При помощи линейного графика можно отобразить тенденцию, передать изменения какого-либо признака во времени. Для сравнения нескольких рядов чисел такие графики наносятся на одни и те же оси координат.

Гистограмму применяют для сравнения значений в течение некоторого периода или же соотношения величин.

Круговые диаграммы используют, если необходимо отобразить соотношение частей и целого, т.е. для анализа состава или структуры явлений. Составные части целого изображаются секторами окружности. Секторы рекомендуют размещать по их величине: вверху - самый крупный, остальные - по движению часовой стрелки в порядке уменьшения их величины. Круговые диаграммы также применяют для отображения результатов факторного анализа, если действия всех факторов являются однонаправленными. При этом каждый фактор отображается в виде одного из секторов круга.

Выбор того или иного средства визуализации зависит от поставленной задачи (например, нужно определить структуру данных или же динамику процесса) и от характера набора данных.