Harta termografica

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 aprilie 2020; verificările necesită 3 modificări .

O hartă termică este o reprezentare  grafică a datelor, în care valorile individuale dintr-un tabel sunt afișate folosind culoarea [1] . Termenul „heatmap” a fost inventat inițial și marcat oficial de către dezvoltatorul de software Cormac Kinney 1991. El a folosit termenul pentru a descrie un afișaj 2D care arată informații în timp real pe piața financiară [2] .

Sisteme similare de codare a culorilor ierarhice sunt utilizate în imaginile fractale și în alte sisteme de reprezentare a datelor. Termenul „hartă termică” este uneori denumit și cartograme .

Istoricul creației

Baza hărții termice - ideea de a colora un tabel de date - este veche de peste o sută de ani. Un exemplu poate fi găsit în atlasul statistic al populației Parisului de Toussaint Loy, publicat în 1873, unde frecvența de apariție a caracteristicilor (naționalitate, profesie, vârstă etc.) în 20 de districte ale Parisului este arătată prin intensitatea culorii [ 1] .

Pentru a face structura datelor mai explicită, cercetătorii au rearanjat coloanele și rândurile matricelor colorate în diferite moduri. Sneath în 1957 a demonstrat rezultatele analizei cluster prin plasarea coloanelor cu valori similare una lângă alta. Jacques Bertin a folosit o reprezentare similară pentru a afișa date care au urmat scara Guttmann . Ideea de a conecta gruparea ierarhică sub formă de copaci cu rândurile și coloanele unui tabel a apărut cu Robert Ling în 1973. Ling, folosind supratipăririle de caractere ale imprimantei, a redat diferite nuanțe de gri, un caracter lățime de un pixel. Leland Wilkinson a dezvoltat în 1994 primul program (SYSTAT) pentru afișarea hărților termice grupate cu grafică color de înaltă rezoluție [1] .

Căutarea modului optim de rearanjare a conținutului matricelor continuă și acum, de exemplu, descompunerea SVD dă rezultate foarte bune [1] .

Tipuri de hărți termice și aplicații

Hărțile termice web sunt folosite ca instrumente pentru analiza web . Acestea arată cele mai vizitate zone ale unei pagini web [3] [4] .

Hărțile termice biologice sunt utilizate în mod obișnuit în biologia moleculară și medicină pentru a reprezenta date privind expresia mai multor gene în probe diferite, cum ar fi de la diferiți pacienți sau în condiții diferite de la același pacient. De obicei, o hartă a căldurii biologice este organizată ca un tabel, în care culoarea pătratului arată nivelul de expresie, iar coloanele și rândurile sunt gene sau mostre diferite, a căror organizare ierarhică poate fi descrisă ca un arbore în margini. a tabelului [5] . De asemenea, hărțile termice sunt folosite pentru vizualizarea datelor privind organizarea tridimensională a cromatinei, obținute prin metode de fixare a conformației cromozomilor [6] .

Un diagramă cu plăci  este o hartă termică cu plăci pentru reprezentarea datelor care au două sau mai multe variabile.

Utilizarea culorilor

Există multe scheme de culori diferite, cu propriile avantaje și dezavantaje, care sunt utilizate în hărțile termice. Hărțile termice cu un număr mare de culori (curcubee) sunt adesea folosite, deoarece oamenii sunt capabili să distingă între un număr mai mare de nuanțe diferite de culoare decât pot distinge între gri de diferite intensități. Acest lucru vă permite să analizați și să observați mai multe detalii în imagine. Cu toate acestea, nu se recomandă utilizarea unei varietăți mari de culori din următoarele motive [7] [8] [9] [10] :

• Schemele de culori utilizate pe scară largă (cum ar fi jet, care este implicit în multe programe de vizualizare a datelor) sunt prea luminoase pentru a fi afișate corect în alb-negru sau imprimate. De asemenea, în astfel de scheme de culori, zonele galbene și albastre sunt mai vizibile, ceea ce distrage atenția observatorului de la principalul lucru.
• O mică diferență între culori ne face să vedem degrade care nu sunt cu adevărat acolo, făcând degradeurile reale mai puțin vizibile. În acest fel, schemele de culori irizate ascund detaliile mai degrabă decât să le facă mai evidente.

Indiferent de alegerea schemei de culori, ar trebui să atașați o legendă a culorilor care explică semnificația culorilor sau să le descrieți în textul însoțitor.

Sunt utilizate diverse scheme de culori, consistente și divergente [11] .

Software

Următoarele sunt exemple de software utilizate pentru a construi hărți termice.

• PermutMatrix  este un banc de lucru conceput pentru explorarea grafică a seturilor de date numerice. Oferă un set de metode pentru reorganizarea optimă a rândurilor și coloanelor de tabele [12] .
• NeoVision Hypersystems este un program al firmei fondat de Cormac Kinney și finanțat de Intel și Deutsche Bank . Hărțile termice descriu date și calcule financiare în timp real produse de peste 50.000 de utilizatori [13] .
• R  este un software gratuit pentru calcul statistic și grafic, conține mai multe funcții pentru construirea hărților termice (heatmap) [2] .
• Matplotlib , seaborn , plotly și alte biblioteci Python conțin instrumente pentru construirea hărților termice [14] [15] [16] .
• Gnuplot  este un software gratuit multiplatform care poate genera atât hărți termice 2D, cât și 3D [7] .
• Aplicația pentru foile de calcul Google Docs include un instrument Heat Map, dar este concepută numai pentru datele de țară [17] .
• Schema de culori cubehelix a lui Dave Green, concepută pentru a se converti în alb-negru fără a pierde informații [8] .
• Qlucore  este un program de bioinformatică pentru analiza datelor despre expresia genelor, care include construirea de hărți termice [18] .
• Programul ESPN Gamecast pentru jocurile de fotbal folosește hărți termice pentru a arăta zonele terenului în care se aflau jucătorii în timpul jocului [19] .
• Vizualizatorul tabelului GENE-E include un instrument pentru afișarea hărților termice [20] .
• Morpheus  este un serviciu web pentru vizualizarea matricei și analiza datelor tabulare [21] .
• Microsoft Excel poate fi folosit pentru a genera hărți termice folosind o diagramă de suprafață [22] . Dar, implicit, gama de culori nu este potrivită pentru o hartă termică, culorile pot fi editate pentru a crea hărți termice convenabile și intuitive.
• Sightsmap (sau heatmap „turism”) construiește o hartă termică a popularității atracțiilor [23] . Pentru aceasta, fotografiile sunt luate de pe site-ul Panoramio, care atribuie fiecărei fotografii coordonatele sale geografice, iar pe Google Maps se desenează o hartă termică după numărul de fotografii dintr-un anumit punct geografic. De exemplu, zone galbene - o mulțime de poze (și, respectiv, turiști), zone gri - fără poze.
• MeV (Vizualizator de experimente multiple)
• UDAV (Universal Data Array Visualizer) folosind biblioteca MathGL [24] .

Exemple de hărți termice

• Harta termică geografică a salinității oceanului, folosind o paletă de curcubeu

• Formarea zăpezii peste un lac - radarul meteo este de obicei afișat ca hărți termice.

• O cartografie cu hărți termice care arată rezultatele alegerilor în funcție de municipalitate

• Vocea umană este vizualizată printr-o spectrogramă; Harta termică care arată valoarea STFT

• O combinație între o imagine de suprafață și o hartă termică, unde înălțimea suprafeței indică amplitudinea funcției, iar culoarea indică unghiul de fază

• Harta termică a prețurilor pentru bunurile imobiliare rezidențiale din Moscova [25] .

Alternative

Pentru a afișa date 3D în spațiul 2D, alte instrumente grafice pot fi folosite ca a treia variabilă, în plus față de culoare.

Graficul cu bule

A treia dimensiune este aria sau dimensiunea unui cerc [26] .

Histograma

Într-o histogramă, valorile variabilelor sunt reprezentate ca înălțimi de bară. Dimensiuni suplimentare pot fi obținute prin adăugarea de noi grupuri de date [27] .

Note

1. ↑ 1 2 3 4 Leland Wilkinson și Michael Friendly. Istoria Cluster Heat Map  //  Statisticianul american. - 2009. - Mai. Arhivat din original la 1 aprilie 2017.
2. ↑ 1 2 Căutați „Oficiul pentru brevete și mărci comerciale din Statele Unite, înregistrare #75263259” 1993-09-01 . Preluat la 22 mai 2014. Arhivat din original la 4 aprilie 2013. (nedefinit)
3. ↑ Iulia Kryuchkova. Instrumente de analiză web pentru analiza gradului de utilizare a site-ului web . Interfețe . habrahabr.ru (25 iunie 2011). Consultat la 11 aprilie 2017. Arhivat din original pe 11 aprilie 2017. (nedefinit)
4. ↑ Sharon Hurley Hall. Harta termică: 7 studii de caz pentru înțelegerea și utilizarea lor . Crazyegg (2016). Consultat la 7 aprilie 2018. Arhivat din original pe 8 aprilie 2018. (nedefinit)
5. ↑ Nayoung Kim, Herin Park, Ningning He, Hyeon Young Lee și Sukjoon Yoon. QCanvas: un instrument avansat pentru gruparea datelor și vizualizarea datelor genomice . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ . Genomics Inform (31 decembrie 2012). (nedefinit)
6. ↑ Nynke L. van Berkum, Erez Lieberman-Aiden, Louise Williams, Maxim Imakaev, Andreas Gnirke. Hi-C: O metodă de studiu a arhitecturii tridimensionale a genomurilor  // Journal of Visualized Experiments: JoVE. — 06-05-2010. - Problemă. 39 . — ISSN 1940-087X . doi : 10.3791 /1869 . Arhivat din original pe 6 aprilie 2018.
7. ↑ 1 2 Borland, D. și Taylor, MR (2007). Harta culorilor curcubeului (încă) considerată dăunătoare. IEEE Computer Graphics and Applications, 27(2), 14-17. Societatea de calculatoare IEEE. Preluat de la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17388198 Arhivat 20 iunie 2017 la Wayback Machine
8. ↑ 1 2 How NOT to Lie with Visualization Arhivat 9 ianuarie 2014 la Wayback Machine  - Bernice E. Rogowitz și Lloyd A. Treinish - IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, NY
9. ↑ Mark Harrower1 și Cynthia A. Brewer - ColorBrewer.org: Un instrument online pentru selectarea schemelor de culori pentru hărți Arhivat 10 mai 2013. , Jurnalul Cartografic Vol. 40 nr. 1 pp. 27-37 iunie 2003
10. ↑ Green, DA, 2011, `A color scheme for the display of astronomical intensity images', Bulletin of the Astronomical Society of India, 39, 289 Arhivat 4 martie 2016 la Wayback Machine . Schema de culori „cubehelix” a lui Dave Green Arhivată 14 aprilie 2021 la Wayback Machine
11. ↑ Alegerea culorilor paletei . Consultat la 21 aprilie 2018. Arhivat din original pe 13 aprilie 2018. (nedefinit)
12. ↑ Caraux, Gilles; Pinloche S. (2005). „PermutMatrix: un mediu grafic pentru a aranja profilurile de expresie genetică în ordine liniară optimă” . bioinformatica. 7 21: 1280-1281.
13. ↑ Sansoni, Silvia (17.05.1999). „Articol din revista Forbes despre hărțile termice NeoVision” Arhivat 11 februarie 2017 la Wayback Machine
14. ↑ seaborn.heatmap — documentație seaborn 0.8.1 . seaborn.pydata.org. Preluat la 6 aprilie 2018. Arhivat din original la 26 martie 2018. (nedefinit)
15. ↑ Explorarea normalizărilor - documentația Matplotlib 2.2.2 . matplotlib.org. Preluat la 6 aprilie 2018. Arhivat din original pe 7 aprilie 2018. (nedefinit)
16. ↑ Hărți termice . complot.ly. Preluat la 6 aprilie 2018. Arhivat din original pe 7 aprilie 2018. (nedefinit)
17. ↑ Creați o hartă termică - Ajutor Fusion Tables  . support.google.com. Preluat la 7 aprilie 2018. Arhivat din original la 4 iulie 2019.
18. ↑ Expresia genică | Qlucore  (engleză) . www.qlucore.com. Consultat la 7 aprilie 2018. Arhivat din original pe 8 aprilie 2018.
19. ↑ Anul în hărțile termice MLB , ESPN.com . Arhivat din original pe 8 aprilie 2018. Preluat la 7 aprilie 2018.
20. ↑ GENE-  E . software.broadinstitute.org. Consultat la 7 aprilie 2018. Arhivat din original la 3 ianuarie 2019.
21. ↑ Bobin Mi, Guohui Liu, Wu Zhou, Huijuan Lv, Yi Liu. Identificarea genelor și a căilor în sinovia femeilor cu osteoartrită prin analiză bioinformatică  // Molecular Medicine Reports. - martie 2018. - Vol. 17 , nr. 3 . - S. 4467-4473 . — ISSN 1791-3004 . - doi : 10.3892/mmr.2018.8429 . Arhivat din original pe 8 aprilie 2018.
22. ↑ Hărți de căldură în Excel  , Universitatea Excel (  29 octombrie 2014). Arhivat din original pe 26 octombrie 2017. Preluat la 7 aprilie 2018.
23. ↑ Harta vizuală . Harta vizuală. Consultat la 7 aprilie 2018. Arhivat din original pe 6 aprilie 2018. (nedefinit)
24. ↑ Exemple de diagrame disponibile în biblioteca MathGL . Preluat la 19 ianuarie 2021. Arhivat din original la 11 iunie 2018. (nedefinit)
25. ↑ „Real Estate Price Heat Map” Arhivat 30 noiembrie 2018 la Wayback Machine . Apartamente-case.rf
26. ↑ Ben Starr. Cum să proiectați diagrame cu bule . visage.co . visage.co (5 februarie 2015). Preluat la 26 aprilie 2017. Arhivat din original la 25 noiembrie 2018. (nedefinit)
27. ↑ Serghei Kokorin. Diagramă cu bare și cutie cu mustață pe degete . habrahabr.ru, vizualizarea datelor . habrahabr.ru (22 septembrie 2015). Consultat la 26 aprilie 2017. Arhivat din original pe 27 aprilie 2017. (nedefinit)

Vezi și

• Diagrama Cekanovsky