摘 要： 現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理越來越依賴于信息技術(shù)，然而缺乏相關(guān)的方法可用于分析大量數(shù)據(jù)可視化的問題，因此以系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化為目標(biāo)，設(shè)計了數(shù)據(jù)可視化的技術(shù)平臺，并且實現(xiàn)了其基本的應(yīng)用功能，同時利用R語言與JavaWeb相結(jié)合的方式使其功能更加強大。該平臺的實現(xiàn)具有一定的經(jīng)濟價值和積極現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)可視化; Web數(shù)據(jù); R語言

中圖分類號： TP311 ? ? ?文獻標(biāo)志碼： A

Development of Data Vsualzaton Technology Platform

SHAO Quanyong

（Qngha ndustral Vocatonal Techncal School， Qngha 810000）

Abstract： Wth the ncreasng dependence of modern data processng on nformaton technology， there s a lack of relevant methods to analyze the vsualzaton of large amounts of data. Ths paper desgns a data vsualzaton technology platform wth the goal of data vsualzaton， and realzes ts basc applcaton modes. t makes ts functons more powerful by combnng R language wth JavaWeb. The realzaton of ths platform has certan economc value and postvely practcal sgnfcance.

Key words： Data vsualzaton; Web data; R language

0 引言

數(shù)據(jù)可視化將對于數(shù)據(jù)的研究具有巨大的推進力，數(shù)據(jù)可視化利用人類的感知能力和認知能力探索數(shù)據(jù)中隱藏的數(shù)據(jù)規(guī)律[1]。數(shù)據(jù)的存儲形式在過去經(jīng)常是數(shù)據(jù)圖表或者是文檔，數(shù)據(jù)可視化可以將數(shù)據(jù)最直觀的形式呈現(xiàn)在用戶者面前。例如現(xiàn)在經(jīng)常使用到的瀑布圖和GS地圖等[2]，由于人腦對于色彩和位置等圖形元素更為敏感，使得數(shù)據(jù)可視化形式更加讓人們易于接受，目前基于Web前端的數(shù)據(jù)可視化方法可以呈現(xiàn)在不同的平臺上，比如桌面端和移動端。Web前端技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的使用，讓更加廣泛地增加數(shù)據(jù)的可訪問性，理解數(shù)據(jù)的過程將會十分迅速[3]。在整個設(shè)計系統(tǒng)上，加以實現(xiàn)和分析，通過測試，驗證可視化數(shù)據(jù)的合理性與可理解性。

1 相關(guān)理論與技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 數(shù)據(jù)可視化及其方法

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中，運用比較頻繁的就是折線圖、柱狀圖和條形圖，使用數(shù)據(jù)可視化方法是面向互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，使得數(shù)據(jù)的功能易用性大大增加，這是需要強大的數(shù)據(jù)處理能力與分析能力相互協(xié)調(diào)的，數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用目標(biāo)可以分為4種常見的情況[4]，第一種是跟蹤、采集數(shù)據(jù)，使用實時性的圖表讓人們獲得數(shù)據(jù)的信息，第二種是分析數(shù)據(jù)，不僅是直觀地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律，還會以檢索的數(shù)據(jù)處理方式與用戶進行深度交互[5]，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的隱藏關(guān)系，第三種是為了調(diào)動用戶對于圖表的快速識別和理解能力，需要將特別理解的圖形用鮮明的顏色作出標(biāo)記，把握住用戶者的理解慣性。最后一種是可視化技術(shù)采用圖像沖擊，視覺上的沖擊會讓感官感受達到認可的目的，尤其是在海報和雜志上運用很多，渲染成分極為重要。

信息可視化的數(shù)據(jù)分類可以分成九類，分別是地理類、文本類、時序、網(wǎng)絡(luò)、層次和多維數(shù)據(jù)以及一、二、三維數(shù)據(jù)。在一、二維數(shù)據(jù)的可視化方法上，根據(jù)視覺關(guān)系可以分成基于位置的方法和基于顏色和面積的方法，可以通過兩個維度的位置或者是在一個維度上映射到另一個維度的面積，三維數(shù)據(jù)的可視化方法是降維度為主要手段[6]，一種是分類降維，另一種是面積降維映射，例如可以體現(xiàn)為有色散點圖，多維數(shù)據(jù)的尺度難以衡量，依然需要進行降維處理，主要是兩個大類，線性降維和非線性降維，常見的數(shù)據(jù)可視化方法是基于幾何方法學(xué)和基于圖表，分別包含非負矩陣分解和局部線性方法，時序數(shù)據(jù)則是包含時間屬性，主要包括基礎(chǔ)統(tǒng)計圖，用時間上的序列變化描述數(shù)據(jù)變化的總體趨勢，螺旋圖可以呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的周期性參考特征，網(wǎng)狀和層次數(shù)據(jù)可視化采用節(jié)點鏈接發(fā)與空間填充方法。

2.2 數(shù)據(jù)可視化相關(guān)技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在Web可視化工具開發(fā)中，主要是使用Echarts和D3.js作為數(shù)據(jù)可視化繪圖的工具，概念可視化，可以將抽象的概念名稱變得跟家具體，易于理解，通過動態(tài)的用戶交互界面將抽象的概念呈現(xiàn)出來，一般的方法主要圖表清晰地表達出來。使用R語言，是統(tǒng)計分析的最常用語言之一[7]，其與C語言兼容性很強，在R語言的語義是函數(shù)設(shè)計語言，通過R語言作為函數(shù)的輸入，其做法是使語言開發(fā)者具有更大的操作靈活性，R語言具有很多的程序包，如表1所示。

便于開發(fā)者研究和分析，R語言與數(shù)據(jù)可視化的關(guān)系很大，R語言具有許多統(tǒng)計計算算法，其豐富的統(tǒng)計類庫幫助開發(fā)者做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。其頂尖的制圖能力非常適合將數(shù)據(jù)以展現(xiàn)圖像細節(jié)的形式彰顯出來，具有豐富的數(shù)據(jù)接收能力，對于由各個平臺轉(zhuǎn)換來的數(shù)據(jù)很好地整合在一起，其輕便的爬蟲方法十分便捷地獲取網(wǎng)上的在線數(shù)據(jù)信息[8]，同時在基于Web開發(fā)的過程中，可以很方便地兼容Java開發(fā)語言，其跨平臺能力也是十分強大，主流操作系統(tǒng)都可以運行和編譯，例如Lnux、Wndows和MacOS等等。如表2所示。

Web領(lǐng)域的開發(fā)工作主要基于JavaWeb，而且這主要是基于Java語言強大的功能，現(xiàn)用的Java框架有將近5種主流使用工具其開源程度很大[9]，其中以Sprng MVC為主，長期處于領(lǐng)導(dǎo)地位，這是最為常用JavaWeb開發(fā)工具，其占比幾乎為43%左右，并且這一占比還再不斷地增長，對于服務(wù)器端的開發(fā)，Tomcat的使用率極高，處于應(yīng)用領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

3 基于Web數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)計

在軟件系統(tǒng)開發(fā)中，需要考慮整體框架的設(shè)計開發(fā)功能，框架應(yīng)包含系統(tǒng)功能的研究和性能的優(yōu)化，系統(tǒng)設(shè)計的目的是將excel的數(shù)據(jù)源對接Java數(shù)據(jù)處理功能接口實現(xiàn)，然后傳遞給R語言，利用R語言將數(shù)據(jù)分析為可視化的數(shù)據(jù)圖表，將利用JavaWeb的開發(fā)工具框架SprngMVC的Web客戶端展示給用戶者。Web展示過程需要整個框架SprngMVC的處理后產(chǎn)出，以上是系統(tǒng)設(shè)計的流程圖，具體描述如圖1所示。

系統(tǒng)功能設(shè)計需要分成幾個子模塊分別單獨設(shè)計，其整體組成圖如圖所示，R語言數(shù)據(jù)處理子模塊包含數(shù)據(jù)處理子模塊與JavaWeb子模塊兩大部分，R語言數(shù)據(jù)處理子模塊包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口與圖形繪制接口，JavaWeb子模塊由業(yè)務(wù)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)組成，這部分子模塊與數(shù)據(jù)庫進行對接，包含了用戶管理功能和數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口設(shè)計，數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口接收Excel文件或者是csv格式的數(shù)據(jù)文件，通過JavaWeb頁面導(dǎo)入控件將數(shù)據(jù)源導(dǎo)入至Java后臺，后臺服務(wù)器需要處理內(nèi)存臨時數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫的表單以及頁面的表單，這是數(shù)據(jù)可視化的最初始化的步驟，是對數(shù)據(jù)處理的入口。而針對R語言數(shù)據(jù)處理的子模塊，主要是實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)處理和繪圖制表工作。在用R語言處理數(shù)據(jù)前，需要對變量定義合理的變量名，然后對數(shù)據(jù)信息進行清洗工作，數(shù)據(jù)清洗的方案如表3所示。

用戶數(shù)據(jù)被R語言用來轉(zhuǎn)化，利用R語言中的assgn函數(shù)將Java語言的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成R語言的數(shù)據(jù)類型，R語言的數(shù)據(jù)類型利于數(shù)據(jù)對圖形的轉(zhuǎn)化，主要以向量的形式存在。利用統(tǒng)計學(xué)領(lǐng)域的知識，對數(shù)據(jù)信息繪制成圖形展示，其中主要涉及R語言的繪圖系統(tǒng)，包含R語言的三個常用的程序包。第一個是Lattce繪圖函數(shù)程序包，lattce繪圖是一次性的成圖，常用于不同變量之間的交互情形。第二個是基本繪圖函數(shù)，包含plot、lnes、text、axs等方法，這些方法可以啟用圖形設(shè)備，在設(shè)備上進行基本圖形的繪制，適用于變量的散點圖繪制。ggplot2繪圖系統(tǒng)，具有強大的功能，不僅具有標(biāo)注注釋，標(biāo)題自動處理和繪圖的空間位置說明[10]，并且也具有使用相關(guān)美學(xué)的處理操作方法，使其表現(xiàn)更具有豐富的說明特性以及較高的美觀程度。在完成基本繪制之后，可以采用R語言的顏色程序包，對圖形進行上色，尤其對分類明顯的顏色信息，進行鮮明顏色對比處理，突出表現(xiàn)繪制效果。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)及其結(jié)果分析

4.1 系統(tǒng)主服務(wù)器的實現(xiàn)

本文采用的系統(tǒng)主服務(wù)器是基于JavaWeb的SprngMVC架構(gòu)來進行設(shè)計和驗證的，JavaWeb是基于典型的B/S架構(gòu)，JavaWeb中實現(xiàn)Servlet組件和JSP組件、靜態(tài)文檔以及客戶端類和web.xml文件。在JavaWeb中，開源框架獲得極大的應(yīng)用，本系統(tǒng)是基于Sprng框架，主要是應(yīng)用Sprng框架中，OC技術(shù)使得不同模塊之間的交流讓容器自身去處理，在XML文件配置需要處理的規(guī)則，在編程開發(fā)前就把構(gòu)件對象的耦合問題解決掉。采用Jeecg的系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境，主要是因為該平臺具有開發(fā)效率高的優(yōu)點，尤其是在U方面具有突出的表現(xiàn)優(yōu)點，系統(tǒng)的運行環(huán)境是jdk1.7、tomcat7.5和MySQL5.6，整個系統(tǒng)是從啟動到運行的全過程是利用Controller類成為框架的控制器，同時為了簡化配置，開啟注解的功能，配置好與注解相關(guān)的WebBndngntalzer類，通過Bean解析器，二次處理bean對象，攔截器的加載，便于開放系統(tǒng)的接口。

4.2 文件傳輸接口與R語言數(shù)據(jù)處理模塊的實現(xiàn)

圖7顯示文件傳輸接口主要分為兩個部分，第一個部分是文件上傳的功能，在等待文件上傳后的會實現(xiàn)onLoadSuccess方法和OnQueueComplete方法，針對數(shù)據(jù)完成上傳后，后續(xù)對數(shù)據(jù)進行導(dǎo)入，導(dǎo)入的接口函數(shù)是ExcelmportUtl，該工具類接口函數(shù)，可以直接調(diào)用，無需實例化，支持的字段很多，通常是nteger、Long、Double、Strng、Boolean等等常用數(shù)據(jù)類型，其實現(xiàn)的模塊圖如圖2所示。

針對R語言模塊的實現(xiàn)，采用支持64位的語言程序包，集成的開發(fā)環(huán)境是RStudo，由于要與Java連接，需要中間服務(wù)器Rserve，在完成該服務(wù)器的搭建后，Java語言環(huán)境可以與R語言環(huán)境連接，實現(xiàn)R語言的功能，R語言在利用豐富的可視化函數(shù)方面具有很大的優(yōu)越性，利用JavaWeb提供的數(shù)據(jù)可視化接口，在用到的R語言分布函數(shù)如表4所示。

系統(tǒng)繪圖函數(shù)提供了豐富的繪圖模型，散點圖、折線圖和柱狀圖是其常用的展示接口函數(shù)模型，在獲得圖表信息的同時，也實現(xiàn)了對繪圖過程中的信息表達。

4.3 系統(tǒng)測試結(jié)果與分析

在實現(xiàn)了該系統(tǒng)的整體模塊后，對于正常運行的系統(tǒng)進行測試，系統(tǒng)運行的配置情況是CPU采用ntel酷睿7@2.7GHz，系統(tǒng)運行的內(nèi)存是16GB，采用DDR4 2133MHz。顯卡是英偉達GeForce GTX970M，硬盤的容量是2TB，運行平臺的操作系統(tǒng)是微軟Wndows8.1 64位旗艦版。系統(tǒng)的用戶登入系統(tǒng)的頁面如圖3所示，輸入正確的用戶與密碼可以進入到系統(tǒng)中，后面的界面顯示，系統(tǒng)首頁的導(dǎo)航規(guī)劃信息如下圖4所示，采取一個針對用戶使用市場上不同瀏覽器的份額的數(shù)據(jù)信息，顯示出較為詳細的用戶信息描述，如圖5所示。

針對系統(tǒng)的安全性測試，測試結(jié)果如表5所示。

本系統(tǒng)表單的提交由對象的具體屬性來做出判斷。針對業(yè)務(wù)中的訪問結(jié)果，不僅SQL語句無法注入，而且對于MySQL等新式函數(shù)也無法注入訪問結(jié)果。

5 總結(jié)

本文在基于R語言和JavaWeb的開發(fā)過程中，設(shè)計了數(shù)據(jù)可視化平臺，直接將系統(tǒng)布置到主機上，在服務(wù)器端部分作出了相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)展示，也是在上文提到的硬件環(huán)境中，成功運行加載了軟件功能，在整體模塊中合理劃分，實現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口。在后續(xù)的研究開發(fā)中，需要加入完善可視化算法的工作，并且可在后面利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲得到數(shù)據(jù)信息生成一些可視化的數(shù)據(jù)圖形，幫助解決實際的數(shù)據(jù)問題。

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（收稿日期： 2019.06.12）

作者簡介：邵全勇（1970-），男，青海人，碩士，高級講師，研究方向：思想政治教育，漢語言文學(xué)等。文章編號：1007-757X（2020）01-0144-05