基于Java的数据可视化研究及应用软件学院软件工程系软件工程专业张慧宇学号：0010818指导教师：黄亚楼教授，殷爱茹讲师摘要：在很多项目中都会涉及到统计数据的处理，为了更方便更直观的把统 计数据里包含的信息传递给用户，数据可视化是个很好的选择本文主要 介绍了可视化图表的种类及其各自特点，适用范围，可视化图表的主要构 成元素，如何利用已有的开发包创建可视化图表在我参与开发的“教育教学评价系统”中，涉及了大量数据信息的 存储统计和呈现本文就是以这个项目为背景，介绍了如何在实际项目中 分析所需图表类型，以及用Java语言绘制所需图表的细节过程关键字： 统计，可视化，Java, JFreeChartAbstractIn many projects, it needs to deal with statistics of data. In order to transfer the information in the statistics more convenient and more directly, we choose the way of information visualization. It mainly introduced the types, characters and application ranges of the visualization on data graphics. You can find how to make up a data graphic, and how to achieve the same goal by using a package tool in this page.In the project ETES(Evaluation of Teaching and Education System) which I have been taken part in, we need to store and present a great deal of information. It introduced how to make an analysis on the kind of the graphics you need and the details of drawing graphics using Java based on the ETES project.Key Words： Statistics, visualization, Java, JfreeChart目 录第一章绪论 11.1数据可视化的重要性 11.2国内外该领域的基本状况 11.3数据可视化的发展前景 21.4本文的研究背景与内容 2第二章数据可视化的表现类型 32.1统计数据可视化概述 32.2常见的可视化图表类型 32.2.1柱形图、条形图及其变形 32.2.2折线图及其变形 62.2.3散点图及其变形 82.2.4饼图、圆环图及其变形 10第三章数据可视化的实现步骤和方法 123.1统计数据可视化的实现步骤 123.2可视化图表的绘制 123.2.1图表的组成元素 123.2.2图表基本元素的设计实现 133.2.3利用开发包绘制图表 143.2.4利用Jf^eeChart绘制图表 16第四章 基于Java的数据可视化及应用 214.1教育教学评价系统的数据可视化问题 214.2对使用图表类型的分析 224.3绘图步骤 224.3.1 安装配置 JfreeChart 224.3.2 编写 Java Bean 234.4系统中的统计图 24第五章结束语 27参考文献 28致 谢 错误!未定义书签。
第一章绪论1.1数据可视化的重要性随着计算机技术、网络技术的发展，各种计算机应用系统开始出现，各行各 业积累了大量的数据互联网的出现，进一步提供了海量的数据资源，但是单纯 的原始数据能够展示的信息过于零乱，在原始数据基础上分析整理所得到的统计 数据才更有价值然而统计数据虽然精确，但有着不直观的缺点，人们仅仅根据统计数据思考 得到的信息仍然有限人脑具有非常复杂的模式识别处理能力，人们从可视化图 像中吸取信息比远从文本或表格形式中吸取信息更快、更有效为了提供更强大 的信息，这就需要我们把统计数据进行可视化所谓“可视化”，就是将数据转换为人们容易理解的图形图像形式数据可视 化可以通过使用不同图形、不同颜色、不同实体来强化需要表达的内容在比较 数据的差异、图案、趋势和数据间关系时，可视化的图表有着不可替代的优越性数据可视化技术凭借计算机的巨大处理能力，和计算机图形学基本算法把巨 大数量的数据转换为静态或动态图形呈现出来，使隐含规律可见，为人们理解分 析数据、形成概念和找出规律提供了强有力的手段由于可视化技术充分利用了 人对于色彩和空间的敏锐的感知能力，它不仅可以用于数据的理解，而且可以用 于空间知识的呈现，在空间信息和知识的发现过程中发挥着重要作用。
1.2国内外该领域的基本状况国际上对数据可视化专题进行了广泛而深入的研究，取得了一些重要进 展这些进展和研究成果的展示与交流体现在一些国际研讨会上及其论文集中 比较有影响的国际会议是电气与电工工程师学会IEEE所组织的两个系列国际研 讨会：…个在英国伦敦每年七月所举办的u International Conference on Information Visualization 另…个是每年10月在美国召开的“IEEE Symposium on Information Visualization”这两个系列的国际研讨会集中体 现了当代该领域的研究水平在我国，数据可视化已被广泛应用于科学计算、医 学虚拟模拟、及各种教学和地理信息等系统[4]1.3数据可视化的发展前景近几年来，随着数据可视化技术从研究领域逐步走进了商业应用领域，这项 技术有着越来越广阔的发展前景首先，可视化技术必须同数据挖掘有更紧密的联系数据挖掘和数据分析工 具本身并不包含可视化技术，目前的数据可视化技术中的数据挖掘和分析功能对 数据挖掘的公式和算法支持还不能完全支持，对可视化的数据反映出的结构和特 点难以把握和证实所以研究数据可视化技术和数据挖掘技术之间更加紧密的结 合是提高数据可视化功能的一个重要方面。
[6]其次，需要提高数据可视化技术的动态交互能力目前的可视化在本质上是 静态的数据被一次读取然后显示出来用户很难和可视化图形进行交互动态 可视化允许用户对数据可视化进行旋转、缩放和筛选等操作动态可视化应允许 用户通过在图上选择特定区域内的数据点，将得到的数据形成子集，对这个数据 子集存储和分析动态可视化还可以延伸到对不断变化的数据进行可视化1.4本文的研究背景与内容本文主要研究统计数据可视化的方法与实现技术，其大背景如前文所述， 这一研究的项目开发背景是对高校教育教学评价系统中涉及的统计分析在 该系统中涉及对任课教师评价、课程设置评价、教学管理评价、教学环境评价、 学生评价等五个方面的数据统计，使用了多张饼图、折线图、柱状图将上述统计 结果用可视化方法表现出来使该系统的各种不同身份用户都能根据各自需要快 速形象的查看到自己需要的统计信息，最终达到提高教育教学质量的目的主要的研究内容包括：本文将首先探讨常见的统计数据可视化的几大类表现 形式，其各自的特点、应用场合，以及如何对分析所得到的可视化图表然后描 述用包括Java在内的编程语言实现几种基本可视化图表，比较各种方法之间的 异同最后将以我参与开发的教育教学评价系统为例，探讨在具体项目中如 何分析确定使用哪种可视化图表，如何用Java语言实现所需图表的显示。
第二章数据可视化的表现类型2.1统计数据可视化概述一般地，统计数据可视化是指借助于计算机软件，采用各种媒体素材和设计 手段，将被感知、被认知、被想象、被推理、被综合及被抽象了的对象属性及其 变化发展的形式和过程，通过形象化、模拟化、仿真化、现实化的技术手段，在 信息查询、浏览和表现中分地展示对象内在的属性特征和对象间的相关联系数据可视化可以在准备好的数据集上创建二维和三维的图形，让数据分析人 员和决策制定者更方便的分享利用这些图形数据可视化的目的不在于把统计数 据用图表形式呈现出来，而是要通过观察并且和二维、三维的图形进行交互，借 助图表分析得出结论，从数据集中发现有用的信息，指导人们发现规律、利用规 律[2]2.2常见的可视化图表类型最常用的一些可视化图表有：柱形图、条形图、折线图、雷达图、股价图、 饼图、圆环图、散点图、气泡图、折线图、帕雷拖图、饼图、表面图、面积图等下面分别描述各种图表的特点、应用场合，以及如何分析各种图表2.2.1柱形图、条形图及其变形2.2.1.1柱形图、条形图柱形图和条形图都是在x-y二维坐标系中比较数据的值柱形图和条形图本 质上是相同的，只是x轴和y轴互换了位置。
柱形图是沿着上下方向垂直延伸的 图形，条形图是延水平方向延伸的图形但两种图都将数据沿x轴的标签分组， 使各组数据通过图形更易于比较和对照柱形图和条形图绘制方法都是先在坐标系中画出数据点，然后画出一条与x 轴垂直或平行的柱来表示数据的值 图2-1柱形图示例图2-2条形图示例柱形图和条形图比较的是相交于类别轴上的数值大小o可以用来表示数据的 不对称性，比较相交于类别轴上的数值大小2.2.1.2分布图和直方图分布图和直方图是条形图和柱形图的另一类重要变形这两种图显示了离散类型的数据在数据集中存在的数目和比例，可以反映数 据的不平衡性因此这两种图又被称为频率图频率图往往为五种基本模式中的一种：对称型、双峰型、弧线型、扁平型、 异常型如果一个频率图有多种模式，往往说明还有其他因素需要进一步考虑和 分析对称型的频率分布模式通常表示了一种稳定、可预测的过程、结果或者关 系双峰型预示了一种不稳定的过程、结果或者关系，或者是存在两种或更多条 件影响分布的模式，或者存在另一个字段需要同时加以考虑对于与此过程相关 的业务问题，应该在低点和高点出现的时候调查在过程的各个步骤中作了哪些不 同的事情弧线型可能表示了一种不稳定的过程、结果或者关系。
扁平型表示了 一种不稳定、不可预测的过程、结果或者关系也可能表示正在比较的内容基本 没有可比性如果得到的是一个扁平型，可能需要对正在测量的过程、结果或关 系重新进行考察和定义，对数据和绘图的方法进行调整异常型可能意味着数据 集中存在错误如果确认数据准确，对这些独特分布模式的解释往往能显著提高 流程的性能或提供例外案例 图2-7异常型分布的频率图2.2.1.3圆柱图、棱锥图、圆锥图这三种图的形状如图2-8, 2-9, 2-10所示，是柱形图的变形，与柱形图相比, 只是形状不同，增强了立体感，在使用和分析上是一样的 图2-8圆柱图示例图2-9棱锥图示例图2-10圆锥图示例2.2.2折线图及其变形2.2.2.1折线图折线图通常显示一个数据与另一个数据在x-y二维坐标系中的对比关系，邻 近的各数据点之间用线段连接x轴的数据值可以是离散的，也可以是连续的 但y轴的数据值必须是连续的折线图显示的是随时间或类别而变化的趋势线主要用来分析和查找基于时 间的趋势和模式通过在图形中指出发生变化的点，可以帮助识别出导致变化的 原因，确定不同变化的影响程度，确定是否需要做一些新的变化，一般在评估长 期模式时用。
利用折线图进行分析时，应持慎重态度例如心电图是折线图的一 种，使用者必须有相当丰富的专。