Русская Википедия:Тепловая карта

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Heatmap.png
Теплокарта, полученная на основе микрочиповых данных, отражающих уровни экспрессии генов в некоторых условиях

Тепловая карта (Шаблон:Lang-en) — графическое представление данных, где индивидуальные значения в таблице отображаются при помощи цвета[1]. Термин «heatmap» изначально был придуман и официально зарегистрирован как товарный знак разработчиком программного обеспечения Шаблон:Нп5 в 1991 году. Он использовал этот термин, чтобы описать 2D-дисплей, изображающий в режиме реального времени информацию финансового рынка[2].

Подобные системы иерархичной кодировки цветов используются в изображениях фракталов и других системах представления данных. Термином «теплокарта» также иногда называют картограммы.

История создания

Файл:Loua.png
Окрашенная матрица из статистического атласа населения Парижа Т. Луа. Цвета от белого через жёлтый и голубой к красному показывают плотность населения с различными характеристиками в районах Парижа

Основе тепловой карты — идее окрашивания таблицы с данными — больше ста лет. Пример можно найти в статистическом атласе населения Парижа Туссена Луа, изданном в 1873 году, где интенсивностью цвета показаны частоты встречаемости характеристик (национальность, профессия, возраст и т. п.) в 20 районах Парижа[1].

Чтобы сделать структуру данных более явной, исследователи переставляли различным образом столбцы и строки окрашенных матриц. Снит в 1957 продемонстрировал результаты кластерного анализа, размещая колонки с похожими значениями рядом друг с другом. Жак Бертэн использовал аналогичное представление для отображения данных, которые соответствовали шкале Гуттмана. Идея соединения иерархической кластеризации в виде деревьев со строкам и столбцам таблицы возникла у Роберта Линга в 1973 году. Линг, используя надпечатки символов принтера, изображал различные оттенки серого, один символ шириной в один пиксель. Леланд Уилкинсон в 1994 году разработал первую программу (SYSTAT) для изображения кластерных тепловых карт с цветной графикой высокого разрешения[1].

Поиски оптимального способа перестановки содержимого матриц продолжаются и сейчас, например, SVD-разложение дает очень хорошие результаты[1].

Виды тепловых карт и применение

Веб-тепловые карты используются как инструменты для веб-аналитики. Они показывают наиболее посещаемые области веб-страницы[3][4].

Биологические тепловые карты обычно используются в молекулярной биологии и медицине для представления данных по экспрессии множества генов в различных образцах, полученных, например, от разных пациентов или в разных условиях от одного пациента. Обычно биологическая тепловая карта организована в виде таблицы, в которой цвет квадрата показывает уровень экспрессии, а столбцы и строки различные гены или образцы, иерархическая организация которых может быть изображена в виде дерева на полях таблицы[5]. Также теплокарты применяются для визуализации данных о трехмерной организации хроматина, полученных методами фиксации конформации хромосом[6].

Шаблон:Нп5 — это мозаичная теплокарта для представления данных, имеющих две или более переменных.

Использование цветов

Существует множество различных цветовых схем со своими недостатками и преимуществами, которые используются в теплокартах. Часто используются теплокарты с большим количеством цветов (радужные), так как люди способны различать большее число разнообразных оттенков цвета, нежели различать серый разной интенсивности. Это позволяет разбирать и замечать больше деталей изображения. Тем не менее, не рекомендуется использовать большое разнообразие цветов по следующим причинам[7][8][9][10]:

  • Широко распространенные цветовые схемы (например, jet, которая используется по умолчанию во многих программах для визуализации данных) слишком яркие для того, чтобы корректно отобразить их в черно-белом спектре или печати. Также на таких цветовых схемах желтые и голубые области более заметны, что отвлекает наблюдателя от главного.
  • Маленькая разница между цветами заставляет нас видеть градиенты, которых на самом деле нет, что делает реальные градиенты менее заметными. Тем самым радужные цветовые схемы скрывают детали, а не делают их более явными.

Вне зависимости от выбора цветовой схемы, следует прилагать цветовую легенду, объясняющую значение цветов, либо описывать их в сопутствующем тексте.

Используются различные цветовые схемы, последовательные и расходящиеся[11].

Программное обеспечение

Файл:Gnuplot heatmap 3.svg
Теплокарта, построенная программой Gnuplot

Ниже перечислены примеры ПО, используемого для построения теплокарт.

  • PermutMatrix — рабочая среда, предназначенная для графического исследования наборов числовых данных. Предлагает набор методов для оптимальной реорганизации строк и столбцов таблиц[12].
  • NeoVision Hypersystems — программа фирмы, основанной Кормаком Кинни, и финансируемой Intel и Deutsche Bank. Тепловые карты описывают в режиме реального времени финансовые данные и расчеты, производимые более чем 50000 пользователями[13].
  • R — бесплатное программное обеспечение для статистических вычислений и построения графиков, содержит несколько функций для построения тепловых карт (heatmap)[2].
  • Мatplotlib, seaborn, plotly и другие библиотеки языка Python содержат инструменты для построения теплокарт[14][15][16].
  • Gnuplot — свободное кроссплатформенное ПО, с помощью которого можно строить как 2D, так и 3D тепловые карты[7].
  • Приложение для работы с электронными таблицами Google Docs включает в себя инструмент «Тепловая карта», но он разработан только для данных по странам[17].
  • Цветовая схема Дэйва Грина cubehelix, предназначенная для перевода в черно-белое изображение без потери информативности[8].
  • Qlucore — биоинформатическая программа для анализа данных экспрессии генов, включает в себя построение теплокарт[18].
  • Программа ESPN Gamecast для футбольных игр использует теплокарты, чтобы показать области поля, где находились игроки во время игры[19].
  • Визуализатор таблиц GENE-E включает в том числе инструмент для изображения теплокарт[20].
  • Morpheus — веб-сервис для визуализации матриц и анализа табличных данных[21].
  • Microsoft Excel можно использовать для получения теплокарт, применяя диаграмму поверхности[22]. Но по умолчанию диапазон цветов не подходит для теплокарты, цвета могут быть отредактированы для создания удобных и интуитивно понятных тепловых карт.
  • Sightsmap (или теплокарта «туристичности») строит теплокарту популярности достопримечательностей[23]. Для этого берутся фотографии с сайта Panoramio, который приписывает каждой фотографии её географические координаты, и рисуется теплокарта на Google Maps по количеству фотографий в определённой географической точке. Например, жёлтые зоны — много снимков (и туристов соответственно), серые зоны — нет снимков.
  • MeV (Multiple Experiment Viewer)
  • UDAV (Universal Data Array Visualizator) использующий библиотеку MathGL[24].

Примеры теплокарт

Альтернативы

Для отображения трехмерных данных в двумерном пространстве в качестве третьей переменной можно использовать не только цвет, но и другие графические средства.

Пузырьковая диаграмма

В качестве третьего измерения используется площадь или размер круга[26].

Гистограмма

В гистограмме значения переменных представлены в виде высоты столбцов. Дополнительные измерения можно получить, добавив новые группы данных[27].

Примечания

Шаблон:Примечания

См. также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Шаблон:Статья
  2. ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Cite web
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ Шаблон:Cite web
  5. ↑ Шаблон:Cite web
  6. ↑ Шаблон:Статья
  7. ↑ 7,0 7,1 Borland, D., & Taylor, M. R. (2007). Rainbow Color Map (Still) Considered Harmful. IEEE Computer Graphics and Applications, 27(2), 14-17. IEEE Computer Society. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17388198 Шаблон:Wayback
  8. ↑ 8,0 8,1 How NOT to Lie with Visualization Шаблон:Wayback — Bernice E. Rogowitz and Lloyd A. Treinish — IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, NY
  9. ↑ Mark Harrower1and Cynthia A. Brewer — ColorBrewer.org: An Online Tool for Selecting Colour Schemes for Maps Шаблон:Webarchive, The Cartographic Journal Vol. 40 No. 1 pp. 27-37 June 2003
  10. ↑ Green, D. A., 2011, `A colour scheme for the display of astronomical intensity images', Bulletin of the Astronomical Society of India, 39, 289 Шаблон:Wayback. Dave Green’s `cubehelix' colour scheme Шаблон:Wayback
  11. ↑ Шаблон:Cite web
  12. ↑ Caraux, Gilles; Pinloche S. (2005). «PermutMatrix: a graphical environment to arrange gene expression profiles in optimal linear order». Bioinformatics. 7 21: 1280—1281.
  13. ↑ Sansoni, Silvia (1999-05-17). «Forbes Magazine Article on NeoVision Heatmaps» Шаблон:Wayback
  14. ↑ Шаблон:Cite web
  15. ↑ Шаблон:Cite web
  16. ↑ Шаблон:Cite web
  17. ↑ Шаблон:Cite web
  18. ↑ Шаблон:Cite web
  19. ↑ Шаблон:Cite news
  20. ↑ Шаблон:Cite web
  21. ↑ Шаблон:Статья
  22. ↑ Шаблон:Cite news
  23. ↑ Шаблон:Cite web
  24. ↑ Шаблон:Cite web
  25. ↑ «Тепловая карта цен на недвижимость» Квартиры-домики.рф
  26. ↑ Шаблон:Cite web
  27. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Тепловая_карта&oldid=10921167