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文章插圖
1　引言
當(dāng)前全球的數(shù)據(jù)量正在迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)在2025年將會(huì)從2018年的33ZB增加至175ZB ?；ヂ?lián)網(wǎng)全球化、移動(dòng)設(shè)備普及化、云計(jì)算存儲(chǔ)低成本化、物質(zhì)世界網(wǎng)絡(luò)化，都在為“數(shù)據(jù)大爆發(fā)”儲(chǔ)蓄能量，大數(shù)據(jù)已成為繼云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)之后IT產(chǎn)業(yè)又一次顛覆性的技術(shù)變革[1] 。大數(shù)據(jù)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使數(shù)據(jù)成為了重要的生產(chǎn)力，同時(shí)也使當(dāng)今社會(huì)的生產(chǎn)關(guān)系發(fā)生了變革 。
大數(shù)據(jù)時(shí)代的戰(zhàn)略意義不僅在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，還在于發(fā)現(xiàn)和理解信息內(nèi)容及信息與信息之間的關(guān)系[2] 。因此，數(shù)據(jù)分析成為挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的關(guān)鍵步驟 。本文從數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)化數(shù)據(jù)建模和情景分析出發(fā)，介紹三大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀，梳理各領(lǐng)域的前沿工具及應(yīng)用場(chǎng)景，總結(jié)數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)化建模和情景分析等數(shù)據(jù)分析技術(shù)和工具的發(fā)展趨勢(shì) 。
2　數(shù)據(jù)分析技術(shù)現(xiàn)狀
大數(shù)據(jù)分析是指在強(qiáng)大的支撐平臺(tái)上運(yùn)行分析算法，并發(fā)現(xiàn)隱藏在大數(shù)據(jù)中潛在價(jià)值的過(guò)程[3]。從異構(gòu)數(shù)據(jù)源抽取和集成的數(shù)據(jù)構(gòu)成了數(shù)據(jù)分析的原始數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)分析的核心問題是如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效表達(dá)、解釋和學(xué)習(xí)[4] 。因此，目前學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)化數(shù)據(jù)建模和情景感知是數(shù)據(jù)分析過(guò)程中的核心環(huán)節(jié) 。
2.1　數(shù)據(jù)可視化
數(shù)據(jù)可視化指利用人眼的感知能力對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互的可視化表達(dá)以增強(qiáng)認(rèn)知的技術(shù)[7] 。數(shù)據(jù)可視化一般包括科學(xué)可視化、信息可視化和可視化分析3類[5] ?？茖W(xué)可視化主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)于比較具體的數(shù)據(jù)可視化，側(cè)重于那些有自然幾何結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，如磁場(chǎng)、地理結(jié)構(gòu)等；信息可視化側(cè)重于抽象數(shù)據(jù)的可視化，如樹形圖、柱狀圖；可視化分析指在數(shù)據(jù)可視化中結(jié)合了數(shù)據(jù)挖掘等知識(shí)[6]，如分析推理、視覺呈現(xiàn)和交互等 。本文聚焦于信息可視化，以及可視化分析中的數(shù)據(jù)可視化交互 。
Card等人對(duì)信息可視化（Information Visualization）的定義為對(duì)抽象數(shù)據(jù)使用計(jì)算機(jī)支持的、交互的、可視化的表示形式以增強(qiáng)認(rèn)知能力[8]，側(cè)重于通過(guò)可視化圖形呈現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的信息和規(guī)律[9] 。
數(shù)據(jù)可視化起源于18世紀(jì)，William Playfair在出版的書籍《The Commercial and Political Atlas》中第一次使用了柱形圖和折線圖[10] ；在隨后的200多年間，直方圖、餅圖、折線圖等廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)、科學(xué)領(lǐng)域，但數(shù)據(jù)可視化技術(shù)并未發(fā)生顯著進(jìn)步；直至20世紀(jì)后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺的迅速發(fā)展推動(dòng)數(shù)據(jù)可視化由靜態(tài)圖表演變?yōu)閯?dòng)態(tài)交互圖表，處理對(duì)象由二維數(shù)據(jù)擴(kuò)展至高維數(shù)據(jù)；21世紀(jì)，大數(shù)據(jù)時(shí)代下，數(shù)據(jù)體量大、種類多、時(shí)效高、價(jià)值密度低的特征[11]，推動(dòng)數(shù)據(jù)可視化不僅關(guān)注多類型數(shù)據(jù)源的處理，也包括大規(guī)模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理 。
國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)可視化研究學(xué)者多從數(shù)據(jù)種類的角度劃分?jǐn)?shù)據(jù)可視化技術(shù) 。任磊等將數(shù)據(jù)可視化技術(shù)劃分為文本可視化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)（圖）可視化技術(shù)、時(shí)空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等[9] 。王藝等將數(shù)據(jù)可視化技術(shù)劃分為空間標(biāo)量場(chǎng)可視化技術(shù)、地理信息可視化技術(shù)、時(shí)空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、層次和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、文本和文檔可視化技術(shù)、復(fù)雜高維多元數(shù)據(jù)可視化技術(shù)[12] 。部分學(xué)者從數(shù)據(jù)可視化的方法劃分?jǐn)?shù)據(jù)可視化技術(shù) 。程學(xué)旗認(rèn)為數(shù)據(jù)可視化的核心方法包括曲面可視化、解析度、視覺隱喻[4] 。
表1從數(shù)據(jù)種類的角度入手，總結(jié)主要數(shù)據(jù)類型及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，并介紹各數(shù)據(jù)類別下的主流數(shù)據(jù)可視化技術(shù) 。


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