面向工作的可视分析理论与应用的研究

Visual Analytics has become an essential tool in data-based decision-making. The rapid increase of data volume and the diverse data types often require the incorporation of data-oriented algorithms (e.g., data mining, machine learning) into user-oriented visualization designs in visual analytics systems. Such integration, however, poses new challenges for the understanding of analytical behaviors and the design of visual analytics systems, because of the conflicting goals between the algorithms and the visualization designs and potential barriers of users have to face when interacting with algorithms. In this research, we will study how to better integrate algorithms with visualization designs to support effective visual analytics. Using multidisciplinary research methods including field observation, system development, and user evaluation, we will focus on understanding analytical behaviors of data collection, organization, and analysis, building systems to support their work, and evaluating the effectiveness of our design. Our goal is to explore a way to integrate data processing algorithms with visualization designs through empirical and theoretical efforts. Based on our empirical work, we will use a work-centered approach to develop a framework that considers the characteristics of data, user cognition, and tasks in visual analytics.

数据量的快速增长和数据类型的日益复杂为如何有效地利用可视分析进行科学决策提出了新的挑战。在分析复杂数据时，可视分析方法往往需要将可视化设计与计算算法融合在一起。但面向数据的算法和以用户为中心的可视化设计可能会发生冲突，用户在和算法交互时会面临很多障碍。本课题力图了解在可视分析中计算算法和可视化之间的关系，针对的科学问题是如何把计算算法和交互可视工具融合起来以支持有效的、可靠的可视分析？研究工作将采取多学科的方法，通过场地调查、系统开发、和用户评估等手段来了解数据分析人员在搜集、整理和分析数据过程中的行为和任务特征、开发可视分析系统、并检验系统的有效性。本研究课题的主要目的是在理论和实践两方面来探索交互可视化和计算算法的有效融合机制。我们将采取“以工作为中心”的方法，侧重于数据特性、用户认知特性、以及分析任务特性的综合，力图在实践研究工作和数据基础上，建立一个新的可视分析理论框架。

数据量的快速增长和数据类型的日益复杂为如何有效地利用可视分析进行科学决策提出了新的挑战。在分析复杂数据时，可视分析方法往往需要将可视化设计与计算算法融合在一起。但面向数据的算法和以用户为中心的可视化设计可能会发生冲突，用户在和算法交互时会面临很多障碍。本课题从理论和应用两个方面探讨了可视分析中数据算法、可视化工具和用户分析行为之间的关系和融合，特别针对医疗数据、交通数据、恶意短信数据、企业日志原数据等常见数据的分析过程进行了研究，探讨了动态关联规则、随机森林等算法在可视分析中的应用和融合，提出了利用渐进可视化来融合算法设计和可视化设计、可视分析中的复杂认知机理、基于问题求解的可视分析方法等理论模型和框架，并在这些模型和框架的基础上设计并开发了相应的应用系统原型，通过现场调研、问卷、用户实验等手段对这些系统进行了评估，研究成果发表在国内外计算机应用、可视化与可视分析、人机交互等领域的期刊和会议上。本课题的贡献主要体现在两方面：一方面我们的理论研究丰富了可视分析的研究理论基础，为将来可视分析的研究和系统开发提供了指导性方向；另一方面我们研究中开发的系统原型为可视分析系统的设计实践提供了可借鉴的范例和经验。