[发明专利]一种基于HCT图的层次数据对比可视分析方法

摘要

本发明公布了一种基于可重叠圆形树图(HCT图)的层次数据比较可视化分析方法，通过HCT图可直观展示节点属性差异与结构差异；包括：通过算法生成一棵特定的集合树，实现HCT图的排布算法用于映射集合树中的节点关系，使用区域比例缩放HCT图中两树的差异部分。本发明通过由节点的子集分布状态决定该节点的形状，提高了辨识度；采用贪心的子集元素排布策略，保证了空间利用率；在集合树可视化映射上扩展了传统圆形树图，不仅能表达节点间包含关系还可以表现两个子集的差异，用于反映两棵树节点之间的差异性，且可以控制不同区域之间的比例系数来达到对两棵树之间共性部分或差异性部分突出展示的效果。

主权项

1.一种基于可重叠圆形树HCT图的层次数据对比可视分析方法，将每组层次数据表示为一棵树，针对两棵树构建集合树，再将集合树通过空间填充的方法进行可视化映射，得到可重叠圆形树HCT图，从而实现对两组层次数据进行对比可视分析；包括如下步骤：A.创建集合树：通过计算两棵树中同名节点的子节点集合的包含关系来构建集合树；两棵树T1、T2从根结点开始依次对比每个同名节点的子节点集合，根据两个子节点集合中元素的集合关系，生成两个同名节点对应的集合树节点，根据生成的所有集合树节点的层次关系，自底向上递归实现集合树的创建；集合树的每一个节点为由五个子集组成的一个元素集合，该节点集合中的元素是两棵树上对应节点的子节点；五个子集为：T1_Only、T2_Other、Both、T2_Only、T1_Other；其中，T1、T2为两棵参与比较的树；集合树中A节点由树T1中A节点的子节点集合CA1与树T2中A节点的子节点集合CA2组成；子节点集合S1为子节点只是T1树中A节点的子节点的集合，即CA1‑CA2；子节点集合S2为子节点只是T2树中A节点的子节点的集合，即CA2‑CA1；子节点集合Both为子节点在既是T1也是T2树中A节点子节点的集合，即CA1∩CA2；子节点集合S1中，集合T1_Only表示只存在于T1树中的子节点，T2_Other表示其余子节点；子节点集合S2中，集合T2_Only表示只存在于T2树中的子节点，T1_Other表示其余子节点；B.设置HCT图排布算法的起始默认参数；执行如下操作：B1.定义HCT图的图元：集合树中每个节点集合包括子节点集合S1、S2、Both，对应的HCT图中的每个图元也包括分别对应S1、S2、Both的区域；HCT图的图元包括重叠圆形和圆形；重叠圆形是HCT图中出现重叠的两个子圆，将重叠的两个子圆作为一个图元，映射为集合树上的一个节点；重叠圆形中，将重叠区域作为Both区域的形状映射，重叠区域两侧的区域分别作为S1、S2区域的形状映射；B2.设置S1、S2、Both三个区域之间内部元素放大倍数RS1、RS2、RBoth，通过放大倍数控制三个区域内元素的大小；设置HCT图的初始坐标，初始坐标为HCT图在当前页面上的位置；C.将集合树中每一个节点映射为HCT中一个图元：根据每个节点的五个子节点集合的状态，生成该节点在HCT图中的形状信息及其子节点排布信息；执行如下操作：C1.根据集合树节点的五个子集，首先将Both集合中的元素放置到一个圆形区域中，该圆形区域为即将生成的该节点的最终图元的Both区域：C2.创建外围序列，外围序列存放已排布的子元素中最外围的一圈元素；创建当前已放置元素的最小外接圆表示当前的Both区域，根据Both区域比例与数据节点值确认Both集合中每个子节点的半径，并从大到小排序；C3.通过外围序列中的两个相邻元素确定新加入元素的位置；新加入元素放置之前首先对外围序列进行自检，若在外围序列中，两个相邻元素之间插入新元素后，新元素会与其他已放置元素相交，即存在凹陷位置，则将两个相邻元素与被影响的元素作为测试集合，对测试集合中元素进行两两组合，测试两个元素之间加入新元素是否会影响其他已放置元素；如果没有影响，则在序列中删除测试集合剩余的元素；C4.若放置的元素是Both集合中的第一个元素，则放置在Both区域的圆心位置，并生成初始外围序列；C5.在圆形区域放置其余元素；如果放置的当前元素为重叠圆形，则首先将该元素拆分为两个子圆，在计算得到的最佳位置放置半径较大的子圆，然后放置另一个子圆，并使得外接圆最小；C6.在圆形区域放置其余元素；如果该元素为圆形，则遍历外围序列，依次计算外围序列中两个相邻的元素与当前的最小外接圆之间可放置的圆的大小，得到可放置的圆最大的位置，作为当前最优的可放置位置，并放置该元素；C7.根据C6新插入的元素所放置的位置，更新外围序列，绘制新的外接圆；C8.对每个元素执行步骤C2到步骤C6，直到全部放置完成；最后绘制最小外接圆，该外接圆为该节点的Both区域；由此Both集合元素放置完成；C9.生成Both区域后，在两侧放置S1、S2集合中的元素，生成该节点的S1、S2区域：C10.通过一条过Both区域圆心的直线，将外围序列、Both区域中的元素分为上下两个部分；C11.将S1、S2集合中的元素从大到小排序，根据当前区域之间内部元素的放大倍数RS1、RS2、RBoth，计算得到所有元素的半径；C12.放置S1子集中的一个元素，根据上部分的外围序列与外接圆，计算得到最优的位置放置元素，并更新上部分的外围序列与上部分的外接圆；C13.放置S2子集中的一个元素，根据下部分的外围序列与外接圆，计算得到最优的位置放置元素，并更新下部分的外围序列与下部分的外接圆；C14.对于S1集合、S2集合中其余元素，按照步骤C12、步骤C13的顺序依次放置，直到放完为止；C15.输出节点的形状信息和该位置的子节点的排布信息；D.从集合树叶子节点出发，执行步骤C的操作，自底向上生成每个节点的形状及其子节点布局，并根据集合树中节点的层次关系排布所有节点，生成HCT图，进一步实现区域缩放的交互设计；具体执行如下操作：D1.自底向上逐层扫描集合树上的节点，并对集合树中所有节点执行步骤C，确定每个节点的图元信息以及其子节点布局；D2.通过步骤C生成的每个节点的位置一样，根据集合树上节点的父子关系，自上而下将每个节点的图元信息与该节点在父节点的子节点布局中的对应位置进行匹配，即通过将节点进行旋转、移动、缩放，使其与父节点中所排布的位置相同，得到该节点的旋转系数、移动系数、自缩放系数；对该节点所有子节点根据旋转系数、移动系数或自缩放系数进行相应旋转、移动或缩放；若该子节点不是叶子节点，则对该子节点的所有子节点进行旋转、移动、缩放；D3.当集合树中所有节点的子节点布局与对应的元素全部匹配，结束操作，得到HCT图的布局信息；D4.对HCT图中元素进行交互设计与分析：通过控制区域默认比例放大或缩小元素，达到对两棵树之间共性部分或差异性部分突出展示的效果。