Использование изображений рук для визуализации данных

Для чего нужна визуализация данных
Познание окружающего нас мира, состоящее в анализе и осмыслении информации о нем, всегда было связано с графическим отображением данных в виде различных графиков и диаграмм. Появление компьютеров, способных обрабатывать огромные массивы данных, не привело к уменьшению актуальности визуального анализа информации самим человеком.

Это связано с тем, что компьютер еще не умеет думать. Он способен быстро обрабатывать информацию, но не способен ее осмысливать.

Часто можно видеть, что помощником в процессе обработки информации является не компьютер, а человек. Он выполняет рутинную часть работы — готовит исходные данные, вводит их в компьютер в нужном формате. А компьютер выполняет интеллектуальную часть работы — решает задачу. До тех пор, пока искусственный интеллект слабее естественного, при решении важных задач все должно быть наоборот — компьютер должен выполнять предварительную обработку информации, а человек должен анализировать то, что компьютер выдает ему в удобном для восприятия виде, причем, лучше всего — в графическом.

Лица Чернова
Эффективность анализа и осмысления больших объемов информации во многом зависит от способа их визуализации. Одним из наиболее эффективных способов визуализации многомерных данных являются лица Чернова [1]. Профессор Гарвардского университета Г. Чернов предложил изображать точки многомерного пространства в виде схематических человеческих лиц (рис. 1), отдельным элементам которых сопоставляются различные параметры исследуемого объекта.

hands_21_02_2011

Эффективность способа, основанного на представлении данных в виде человеческих лиц, обусловлена тем, что такие изображения являются очень легкими для восприятия человеком и на них можно отобразить довольно большое количество параметров (около двадцати).

Изображения рук
Почему же лица Чернова не получили широкого распространения, хотя метод был предложен Черновым еще в 1973 году? Основная причина — изображение выглядит несерьезно и похоже на карикатуру. Этот фактор сдерживает использование лиц Чернова в серьезных исследованиях. Кроме того, в некоторых работах, посвященных критике лиц Чернова, отмечается, что у человека, рассматривающего лицо Чернова, могут быть какие-либо личные ассоциации, связанные с определенными вариантами «мимики» лица, и это обстоятельство может приводить к неадекватной оценке анализируемого объекта.

В результате бесплодных попыток внедрения схематических лиц в различные системы анализа данных, начиная с экспертных систем и заканчивая мониторингом объектов нефтегазовой отрасли Узбекистана, я пришел к выводу, что надо придумать другое, не менее эффективное и легкое для восприятия, но более «нейтральное» изображение. И такое изображение удалось найти — это схематическое изображение человеческой руки (рис. 2).

hands_21_02_2011_1

Но здесь появилась новая проблема: как отображать данные на схематической руке? Изображение руки отличается от лица тем, что на нем нет таких изменяемых элементов, как на лице, то есть нет свойственной лицу «мимики», которая позволяла бы наглядно отображать значения изменяемых параметров анализируемого объекта. Поэтому был разработан другой подход, существенно отличающийся от того, что было предложено Черновым. Он состоит в том, что изображение руки разбивается на непересекающиеся четырехугольники (рис. 3), которые закрашиваются в соответствии со значениями параметров анализируемого объекта.

hands_21_02_2011_2

Любой четырехугольник, выпуклый или нет, можно разделить на 3 легко идентифицируемые части, используя прямые, которые пересекают этот четырехугольник в его вершинах (рис. 4). Эти 3 части будут соответствовать трем интервалам, на которые делится область допустимых значений некоторого параметра x визуализируемого объекта. Указанные 3 интервала характеризуются как «хороший», «удовлетворительный» и «неудовлетворительный», как в [2].

hands_21_02_2011_3

На рис. 4 прямая L, перемещаясь параллельно самой себе, последовательно пересекает точки D, C, A, B. Соответствие между точками D’, C’, A’, B’ и областью допустимых значений переменной x приведено в табл. 1.

hands_21_02_2011_4

Цветное изображение руки показано на рис. 5.

hands_21_02_2011_6

Использование четырехугольников позволяет не только осуществлять интервальную оценку значений переменных, но и отображать их численные значения внутри соответствующих четырехугольников (рис. 6).

hands_21_02_2011_7

Эта особенность изображений рук выгодно отличает их от лиц Чернова. В дополнение или вместо численных значений переменных можно также отображать их обозначения (например, T, P, Q, ?, ? и т.п.). Это также будет способствовать повышению эффективности восприятия данных.

hands_21_02_2011_5

Таким образом, изображения рук являются более эффективным способом визуализации данных, чем лица Чернова, и могут широко использоваться при анализе сложных объектов и процессов.

Список литературы
[1] Chernoff H.: «Using Faces to Represent Points in K-dimensional Space Graphically», J. ASA, 1973, 68.
[2] Кабулов Б. Т. Повышение информативности лиц Чернова. //«infoCOM.UZ», №3, Ташкент, 2009.

Orphus system