基于四叉树网格的快速层次聚类热图可视化研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于四叉树网格的快速层次聚类热图可视化研究作者姓名郭力飞学科专业计算机科学与技术指导教师聂俊岚教授2016年5月中图分类号：TP391.9学校代码：10216UDC：004.92密级：公开工学硕士学位论文基于四叉树网格的快速层次聚类热图可视化研究硕士研究生：郭力飞导师：聂俊岚教授申请学位：工学硕士学科专业：计算机应用技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinComputerApplicationTechnologyRESEAR

2、CHONQUADTREEGRIDBASEDFASTHIERARCHICALCLUSTERINGHEATMAPVISUALIZATIONbyGuoLifeiSupervisor:ProfessorNieJunlanYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于四叉树网格的快速层次聚类热图可视化方法研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究并取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已

3、在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于四叉树网格的快速层次聚类热图可视化方法研究》是本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于

4、不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要图作为反映数据中携带信息最重要的一种表达方式，在许多领域得到广泛的应用。而热图是超越传统图形意义的一种新型的信息可视化方式，在现代的可视化领域中，热图的使用更加广泛。然而随着大数据时代的到来，数据不仅在多元素、多维度等数据属性上剧增，尤其是在数据规模上急剧增加，使目前的方法在大规模数据进行热图可视化绘制上效率大大降低，甚至超过机器的负载，导致程序崩溃无法进行数据可视化的绘制。针对这一问题，本文提出一种基于四叉树网格的快速层次聚类热图可视化方法，通过对大数据进行

5、聚类预处理，进而利用可视化技术将预处理数据信息采用热图的形式进行展现。首先，针对大规模数据进行预处理时选择合适的聚类方法从数量级上减少数据，通过对现有的多种聚类方法进行仔细研究和分析，综合各个聚类方法的优缺点，提出了一种基于四叉树网格的快速层次聚类算法。该算法适用于大规模数据的聚类，避免多次聚类造成数据信息的丢失，且聚类后的数据质量较高,并在最大程度上保留原数据的特性。其次，根据预处理后的数据，计算数据热点产生的热值。将预处理后新的数据中心点看作热点，通过高斯函数拟合计算每个热点(多条数据)对周围地域产生的作用值，将所有热点对区域的作用值累加。计算结

6、果作为最后的热度值，利用可视化技术进行三维热图的绘制。再次，根据三维热图的体数据的特点，提出一种简化的光线投射方法，利用GPU强大的并行处理能力和着色器可编程的特性，直接在着色器中计算经纬度对应热值，把热值按比例转换成高度再根据比例值赋颜色值进行三维热图的绘制，相比于传统的光线投射算法，减少相交测试的计算和反复采样，提高热图的绘制帧率。最后，设计和实现可视化程序框架，并通过实验对提出的方法进行验证和对比分析，证明了本文算法的可行性和有效性。关键词：信息图；可视化；大数据；聚类；热力图；四叉树-I-AbstractAbstractMaps,asthem

7、ostimportantpresentationoftheinformationthatcarriedbydata,havebeenwidelyusedinmanyareas.Theheatmapisanew-typeinformationvisualizationmethodthatgoesbeyondthetraditionalgraphics.Inthemodernvisualization,heatmapsaremorewidelyused.However,withtheadventoftheeraofbigdata,notonlydidth

8、emulti-elementandmulti-dimensionalpropertiesofdataincr