Teplotní mapa

Tepelná mapa je grafické  znázornění dat, kde jsou jednotlivé hodnoty v tabulce zobrazeny pomocí barvy [1] . Termín „teplotní mapa“ byl původně vytvořen a oficiálně chráněn ochrannou známkou softwarový vývojář Cormac Kinney 1991. Tento termín použil k popisu 2D displeje zobrazujícího informace o finančním trhu v reálném čase [2] .

Podobné systémy hierarchického barevného kódování se používají ve fraktálních obrázcích a jiných systémech reprezentace dat. Termín "teplotní mapa" je také někdy označován jako kartogramy .

Historie vytvoření

Základ tepelné mapy - myšlenka vybarvit tabulku dat - je starý více než sto let. Příklad lze nalézt ve statistickém atlase obyvatel Paříže od Toussainta Loye, vydaném v roce 1873, kde je četnost výskytu znaků (národnost, povolání, věk atd.) ve 20 okresech Paříže znázorněna intenzitou barev [ 1] .

Aby byla struktura dat jasnější, výzkumníci různými způsoby přeskupili sloupce a řádky barevných matic. Sneath v roce 1957 demonstroval výsledky shlukové analýzy umístěním sloupců s podobnými hodnotami vedle sebe. Jacques Bertin použil podobnou reprezentaci k zobrazení dat podle Guttmannovy stupnice . Myšlenka propojení hierarchického shlukování ve formě stromů s řádky a sloupci tabulky vznikla u Roberta Linga v roce 1973. Ling pomocí přetisků znaků tiskárny vykreslil různé odstíny šedé, jeden znak široký jeden pixel. Leland Wilkinson v roce 1994 vyvinul první program (SYSTAT) pro zobrazování seskupených tepelných map s barevnou grafikou s vysokým rozlišením [1] .

Hledání optimálního způsobu přeskupení obsahu matic pokračuje i nyní, velmi dobré výsledky dává např. SVD rozklad [1] .

Typy tepelných map a aplikací

Webové tepelné mapy se používají jako nástroje pro webovou analýzu . Zobrazují nejnavštěvovanější oblasti webové stránky [3] [4] .

Biologické tepelné mapy se běžně používají v molekulární biologii a medicíně k reprezentaci dat o expresi více genů v různých vzorcích, například od různých pacientů nebo za různých podmínek od stejného pacienta. Biologická tepelná mapa je obvykle uspořádána jako tabulka, ve které barva čtverce ukazuje úroveň exprese a sloupce a řádky jsou různé geny nebo vzorky, jejichž hierarchickou organizaci lze znázornit jako strom na okrajích. tabulky [5] . Tepelné mapy se také používají k vizualizaci dat o trojrozměrné organizaci chromatinu, získaných metodami fixace konformace chromozomů [6] .

Dlaždicový graf  je dlaždicová teplotní mapa pro reprezentaci dat, která mají dvě nebo více proměnných.

Použití barev

Existuje mnoho různých barevných schémat s vlastními výhodami a nevýhodami, která se používají v tepelných mapách. Často se používají tepelné mapy s velkým počtem barev (duhy), protože lidé jsou schopni rozlišit mezi větším počtem různých barevných odstínů, než jsou schopni rozlišit mezi šedou různé intenzity. To vám umožní analyzovat a všimnout si více detailů v obrázku. Nedoporučuje se však používat širokou škálu barev z následujících důvodů [7] [8] [9] [10] :

• Široce používaná barevná schémata (jako je jet, což je výchozí nastavení v mnoha programech pro vizualizaci dat) jsou příliš jasná na to, aby se správně zobrazila černobíle nebo tiskla. Také v takových barevných schématech jsou více viditelné žluté a modré oblasti, což odvádí pozornost pozorovatele od toho hlavního.
• Malý rozdíl mezi barvami nám umožňuje vidět přechody, které tam ve skutečnosti nejsou, takže skutečné přechody jsou méně viditelné. Tímto způsobem duhová barevná schémata spíše skryjí detaily, než aby je učinila viditelnějšími.

Bez ohledu na výběr barevného schématu byste měli připojit barevnou legendu vysvětlující význam barev nebo je popsat v doprovodném textu.

Používají se různá barevná schémata, konzistentní a divergentní [11] .

Software

Následují příklady softwaru používaného k vytváření teplotních map.

• PermutMatrix  je pracovní stůl určený pro grafické prozkoumávání numerických datových sad. Nabízí sadu metod pro optimální reorganizaci řádků a sloupců tabulek [12] .
• NeoVision Hypersystems je program firmy založené Cormacem Kinneym a financovaný Intel a Deutsche Bank . Teplotní mapy popisují finanční data a výpočty v reálném čase vytvořené více než 50 000 uživateli [13] .
• R  je svobodný software pro statistické výpočty a vykreslování, obsahuje několik funkcí pro vytváření tepelných map (heatmap) [2] .
• Knihovny Matplotlib , seaborn , plotly a další Python obsahují nástroje pro vytváření heatmap [14] [15] [16] .
• Gnuplot  je bezplatný multiplatformní software, který dokáže generovat 2D i 3D tepelné mapy [7] .
• Tabulková aplikace Google Docs obsahuje nástroj Heat Map, který je však určen pouze pro data zemí [17] .
• Barevné schéma Cubehelix Dave Greena, navržené tak, aby převádělo na černobílé bez ztráty informací [8] .
• Qlucore  je bioinformatický program pro analýzu dat genové exprese, který zahrnuje konstrukci tepelných map [18] .
• Program ESPN Gamecast pro fotbalové hry používá tepelné mapy k zobrazení oblastí hřiště, kde byli hráči během hry [19] .
• Vizualizér tabulek GENE-E obsahuje nástroj pro zobrazení heatmap [20] .
• Morpheus  je webová služba pro maticovou vizualizaci a tabulkovou analýzu dat [21] .
• Pro generování heatmap pomocí povrchového diagramu lze použít Microsoft Excel [22] . Ale ve výchozím nastavení není rozsah barev vhodný pro heatmapu, barvy lze upravit a vytvořit tak pohodlné a intuitivní heatmapy.
• Sightsmap (neboli heatmap „turistika“) vytváří heatmapu oblíbenosti atrakcí [23] . K tomu se pořizují fotky z webu Panoramio, který každé fotografii přiřadí zeměpisné souřadnice a na Google Maps se podle počtu fotek v určitém zeměpisném bodě nakreslí tepelná mapa. Například žluté zóny - hodně obrázků (a turistů, v tomto pořadí), šedé oblasti - žádné obrázky.
• MeV (prohlížeč více experimentů)
• UDAV (Universal Data Array Visualizer) pomocí knihovny MathGL [24] .

Příklady tepelných map

• Geografická tepelná mapa slanosti oceánu pomocí duhové palety

• Sněhová formace nad jezerem - meteorologický radar se obvykle zobrazuje jako tepelné mapy.

• Kartogram teplotní mapy zobrazující výsledky voleb podle obcí

• Lidský hlas je vizualizován spektrogramem; Tepelná mapa zobrazující hodnotu STFT

• Kombinace obrázku povrchu a tepelné mapy, kde výška povrchu označuje amplitudu funkce a barva označuje fázový úhel

• Tepelná mapa cen rezidenčních nemovitostí v Moskvě [25] .

Alternativy

Pro zobrazení 3D dat ve 2D prostoru lze jako třetí proměnnou kromě barvy použít i další grafické nástroje.

Bublinový graf

Třetí rozměr je plocha neboli velikost kružnice [26] .

Histogram

V histogramu jsou proměnné hodnoty reprezentovány jako výšky sloupců. Další rozměry lze získat přidáním nových datových skupin [27] .

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 Leland Wilkinson a Michael Friendly. Historie klastrové tepelné mapy  //  Americký statistik. - 2009. - Květen. Archivováno z originálu 1. dubna 2017.
2. ↑ 1 2 Hledejte "United States Patent and Trademark Office, registrační číslo 75263259" 1993-09-01 . Získáno 22. 5. 2014. Archivováno z originálu 4. 4. 2013. (neurčitý)
3. ↑ Julia Krjučková. Nástroje webové analýzy pro analýzu použitelnosti webových stránek . Rozhraní . habrahabr.ru (25. června 2011). Získáno 11. dubna 2017. Archivováno z originálu 11. dubna 2017. (neurčitý)
4. ↑ Sharon Hurley Hall. Heat Map: 7 případových studií k jejich pochopení a použití . Crazyegg (2016). Získáno 7. dubna 2018. Archivováno z originálu 8. dubna 2018. (neurčitý)
5. ↑ Nayoung Kim, Herin Park, Ningning He, Hyeon Young Lee a Sukjoon Yoon. QCanvas: Pokročilý nástroj pro shlukování dat a vizualizaci dat genomiky . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ . Genomics informuje (31. prosince 2012). (neurčitý)
6. ↑ Nynke L. van Berkum, Erez Lieberman-Aiden, Louise Williams, Maxim Imakaev, Andreas Gnirke. Hi-C: Metoda studia trojrozměrné architektury genomů  // Journal of Visualized Experiments: JoVE. — 2010-05-06. - Problém. 39 . — ISSN 1940-087X . doi : 10.3791 /1869 . Archivováno z originálu 6. dubna 2018.
7. ↑ 1 2 Borland, D., & Taylor, MR (2007). Mapa duhových barev (stále) považována za škodlivou. Počítačová grafika a aplikace IEEE, 27(2), 14-17. Počítačová společnost IEEE. Převzato z https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17388198 Archivováno 20. června 2017 na Wayback Machine
8. ↑ 1 2 Jak nelhat s vizualizací Archivováno 9. ledna 2014 na Wayback Machine  – Bernice E. Rogowitz a Lloyd A. Treinish – IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, NY
9. ↑ Mark Harrower1 a Cynthia A. Brewer – ColorBrewer.org: Online nástroj pro výběr barevných schémat pro mapy Archivováno 10. května 2013. , The Cartographic Journal Vol. 40 č. 1 str. 27.-37. června 2003
10. ↑ Zelená, DA, 2011, „Barevné schéma pro zobrazení snímků astronomické intenzity“, Bulletin of the Astronomical Society of India, 39, 289 Archivováno 4. března 2016 na Wayback Machine . Barevné schéma „cubehelix“ Dave Greena Archivováno 14. dubna 2021 na Wayback Machine
11. ↑ Výběr barev palety . Staženo 21. dubna 2018. Archivováno z originálu 13. dubna 2018. (neurčitý)
12. ↑ Caraux, Gilles; Pinloche S. (2005). „PermutMatrix: grafické prostředí pro uspořádání profilů genové exprese v optimálním lineárním pořadí“ . bioinformatika. 7 21: 1280-1281.
13. ↑ Sansoni, Silvia (1999-05-17). „Článek časopisu Forbes o Heatmaps NeoVision“ Archivováno 11. února 2017 na Wayback Machine
14. ↑ seaborn.heatmap — dokumentace seaborn 0.8.1 . seaborn.pydata.org. Získáno 6. dubna 2018. Archivováno z originálu dne 26. března 2018. (neurčitý)
15. ↑ Zkoumání normalizací – dokumentace Matplotlib 2.2.2 . matplotlib.org. Získáno 6. dubna 2018. Archivováno z originálu dne 7. dubna 2018. (neurčitý)
16. ↑ Teplotní mapy . plot.ly. Získáno 6. dubna 2018. Archivováno z originálu dne 7. dubna 2018. (neurčitý)
17. ↑ Vytvořte teplotní mapu - Nápověda k Fusion Tables  . support.google.com. Získáno 7. dubna 2018. Archivováno z originálu dne 4. července 2019.
18. ↑ Genová exprese | Qlucore  (anglicky) . www.qlucore.com. Získáno 7. dubna 2018. Archivováno z originálu 8. dubna 2018.
19. ↑ Rok v tepelných mapách MLB , ESPN.com . Archivováno z originálu 8. dubna 2018. Staženo 7. dubna 2018.
20. ↑ GENE-  E . software.broadinstitute.org. Získáno 7. 4. 2018. Archivováno z originálu 3. 1. 2019.
21. ↑ Bobin Mi, Guohui Liu, Wu Zhou, Huijuan Lv, Yi Liu. Identifikace genů a drah v synovii žen s osteoartrózou pomocí bioinformatické analýzy  // Molecular Medicine Reports. - Březen 2018. - Vol. 17 , č. 3 . - S. 4467-4473 . — ISSN 1791-3004 . - doi : 10.3892/mmr.2018.8429 . Archivováno z originálu 8. dubna 2018.
22. ↑ Tepelné mapy v Excelu  , Excel University (  29. října 2014). Archivováno z originálu 26. října 2017. Staženo 7. dubna 2018.
23. ↑ Mapa . Orientační mapa. Získáno 7. dubna 2018. Archivováno z originálu 6. dubna 2018. (neurčitý)
24. ↑ Příklady grafů dostupných v knihovně MathGL . Získáno 19. ledna 2021. Archivováno z originálu 11. června 2018. (neurčitý)
25. ↑ "Real Estate Price Heat Map" Archivováno 30. listopadu 2018 na Wayback Machine . Apartmány-domy.rf
26. ↑ Ben Starr. Jak navrhnout bublinové grafy . visage.co . visage.co (5. února 2015). Získáno 26. dubna 2017. Archivováno z originálu 25. listopadu 2018. (neurčitý)
27. ↑ Sergej Kokorin. Sloupcový graf a krabice s knírkem na prstech . habrahabr.ru, vizualizace dat . habrahabr.ru (22. září 2015). Získáno 26. dubna 2017. Archivováno z originálu 27. dubna 2017. (neurčitý)

Viz také

• Čekanovského diagram