2025年大學(xué)《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——信息與計(jì)算科學(xué)中的信息可視化技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.信息可視化2.視覺(jué)編碼3.信息立方體4.平行坐標(biāo)圖5.認(rèn)知負(fù)荷二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述信息可視化技術(shù)的基本目標(biāo)。2.影響視覺(jué)通道信息傳遞能力的主要因素有哪些？3.簡(jiǎn)述從數(shù)據(jù)到視覺(jué)元素映射過(guò)程的主要步驟。4.與二維可視化相比，三維可視化有哪些優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)？5.簡(jiǎn)述科學(xué)可視化在模擬流體運(yùn)動(dòng)分析中的一個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景。三、論述題（每小題10分，共20分）1.論述顏色在信息可視化中的重要作用及其使用時(shí)應(yīng)遵循的原則。2.分析信息可視化技術(shù)在現(xiàn)代商業(yè)智能（BI）領(lǐng)域中的關(guān)鍵作用，并舉例說(shuō)明。四、設(shè)計(jì)題（共15分）假設(shè)你需要可視化一個(gè)包含用戶ID、年齡、性別、購(gòu)買(mǎi)金額、購(gòu)買(mǎi)類別（食品、電子、服裝）五維數(shù)據(jù)集，用戶數(shù)量約為1000個(gè)。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)至少兩種不同的可視化方案來(lái)展示該數(shù)據(jù)集的分布特征和潛在關(guān)聯(lián)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明每種方案所依據(jù)的可視化模型、使用的視覺(jué)編碼方式以及能突出展示哪些信息。試卷答案一、名詞解釋1.信息可視化：指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)轉(zhuǎn)化為圖形或圖像，并在屏幕上顯示，以便用戶能夠通過(guò)視覺(jué)感知來(lái)理解數(shù)據(jù)中的模式、關(guān)聯(lián)和異常，輔助決策和發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過(guò)程。**解析思路：*考察對(duì)信息可視化基本定義的理解，需包含技術(shù)手段（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理）、轉(zhuǎn)化對(duì)象（數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)）和表現(xiàn)形式（圖形、圖像）、最終目的（理解模式、關(guān)聯(lián)、異常、輔助決策、發(fā)現(xiàn)知識(shí)）。2.視覺(jué)編碼：指的是將數(shù)據(jù)屬性或值映射到視覺(jué)元素的屬性（如位置、大小、顏色、形狀、紋理等）的過(guò)程。它是實(shí)現(xiàn)信息可視化的核心機(jī)制，通過(guò)視覺(jué)通道將抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可感知的視覺(jué)形式。**解析思路：*考察對(duì)視覺(jué)編碼概念和作用的理解，需包含其定義（數(shù)據(jù)屬性/值到視覺(jué)元素屬性映射）以及核心機(jī)制（視覺(jué)通道）。3.信息立方體：是一種用于多維數(shù)據(jù)可視化的概念模型，它將多維數(shù)據(jù)表示為一個(gè)多維空間（超立方體），并通過(guò)平行坐標(biāo)圖、顏色、符號(hào)等視覺(jué)編碼方式來(lái)展現(xiàn)數(shù)據(jù)在各個(gè)維度上的分布和關(guān)聯(lián)。**解析思路：*考察對(duì)信息立方體作為多維可視化模型的理解，需說(shuō)明其基本概念（多維空間/超立方體）以及常用的可視化表現(xiàn)形式。4.平行坐標(biāo)圖：是一種用于展示高維數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)性的可視化技術(shù)。它為數(shù)據(jù)集中的每一維（屬性）繪制一條平行的垂直軸線，并將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為連接各維度軸上相應(yīng)值的折線。不同折線間的交叉和聚集模式可以揭示數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相似性和關(guān)聯(lián)關(guān)系。**解析思路：*考察對(duì)平行坐標(biāo)圖這一具體可視化模型的理解，需說(shuō)明其基本結(jié)構(gòu)（垂直軸線、連接折線）以及主要用途（展示高維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性）。5.認(rèn)知負(fù)荷：指的是人腦在處理信息時(shí)所消耗的認(rèn)知資源量。在信息可視化中，視覺(jué)編碼方式、圖表設(shè)計(jì)等會(huì)影響用戶的認(rèn)知負(fù)荷，過(guò)高的認(rèn)知負(fù)荷會(huì)增加用戶理解信息的難度，降低可視化效果。**解析思路：*考察對(duì)認(rèn)知負(fù)荷概念及其在可視化中影響的理解，需說(shuō)明認(rèn)知負(fù)荷的定義（處理信息時(shí)消耗的認(rèn)知資源）以及它與可視化設(shè)計(jì)的關(guān)系（影響理解難度）。二、簡(jiǎn)答題1.信息可視化技術(shù)的基本目標(biāo)：*提高信息傳達(dá)效率：將復(fù)雜的數(shù)據(jù)和關(guān)系以直觀、易懂的方式呈現(xiàn)給用戶。*發(fā)現(xiàn)隱藏模式與知識(shí)：通過(guò)可視化探索數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)分析方法難以察覺(jué)的模式、關(guān)聯(lián)、趨勢(shì)和異常。*支持決策制定：為用戶提供直觀的數(shù)據(jù)洞察，輔助其在業(yè)務(wù)、科學(xué)或研究等領(lǐng)域做出更明智的決策。*促進(jìn)溝通與協(xié)作：作為一種有效的溝通媒介，幫助用戶向他人清晰地傳達(dá)復(fù)雜的分析結(jié)果和見(jiàn)解。*降低認(rèn)知負(fù)擔(dān)：通過(guò)視覺(jué)化的方式簡(jiǎn)化信息呈現(xiàn)，減輕用戶處理和理解信息的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。**解析思路：*考察對(duì)信息可視化多方面目標(biāo)的掌握，需從效率、發(fā)現(xiàn)、決策、溝通、認(rèn)知負(fù)擔(dān)等角度進(jìn)行闡述。2.影響視覺(jué)通道信息傳遞能力的主要因素：*視覺(jué)通道的生理限制：不同視覺(jué)通道（如顏色、亮度、運(yùn)動(dòng)、深度）的感知分辨率和動(dòng)態(tài)范圍不同。*認(rèn)知負(fù)荷：視覺(jué)編碼的復(fù)雜度會(huì)影響大腦處理信息的難度，過(guò)載會(huì)降低傳遞效率。*數(shù)據(jù)類型與特征：不同類型的數(shù)據(jù)（分類、數(shù)值、有序）適合不同的視覺(jué)通道進(jìn)行編碼。*編碼方式的有效性：特定的視覺(jué)屬性（如顏色、大?。┰诒磉_(dá)特定類型信息（如數(shù)量、類別）時(shí)的自然度和準(zhǔn)確性。*上下文與經(jīng)驗(yàn)：用戶的背景知識(shí)、視覺(jué)習(xí)慣和文化背景會(huì)影響其對(duì)可視化信息的解讀能力。**解析思路：*考察對(duì)影響可視化效果因素的理解，需結(jié)合生理、認(rèn)知、數(shù)據(jù)、編碼方法及用戶因素進(jìn)行分析。3.從數(shù)據(jù)到視覺(jué)元素映射過(guò)程的主要步驟：*數(shù)據(jù)理解與預(yù)處理：明確數(shù)據(jù)的含義、結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行必要的清洗和轉(zhuǎn)換，使其適合可視化。*確定可視化目標(biāo)：明確希望通過(guò)可視化傳達(dá)什么信息或解決什么問(wèn)題。*選擇合適的可視化模型：根據(jù)數(shù)據(jù)維度、類型和可視化目標(biāo)，選擇或設(shè)計(jì)合適的可視化圖表類型（如散點(diǎn)圖、條形圖、平行坐標(biāo)圖等）。*映射數(shù)據(jù)維度到視覺(jué)屬性：將數(shù)據(jù)集中的各個(gè)維度（屬性）選擇合適的視覺(jué)通道（如位置、顏色、大?。┻M(jìn)行映射。例如，將數(shù)值屬性映射到坐標(biāo)軸的位置或顏色梯度。*設(shè)計(jì)視覺(jué)編碼細(xì)節(jié)：確定具體的視覺(jué)編碼規(guī)則，如顏色映射的規(guī)則、符號(hào)的大小和形狀表示等，確保編碼清晰、一致且有效。*生成與優(yōu)化可視化結(jié)果：使用可視化工具生成圖表，并根據(jù)需要調(diào)整布局、交互設(shè)計(jì)等，優(yōu)化可視化效果，使其易于理解和解釋。**解析思路：*考察對(duì)數(shù)據(jù)到視覺(jué)映射這一核心流程的理解，需按邏輯步驟（理解預(yù)處理->目標(biāo)->模型->映射->設(shè)計(jì)->生成優(yōu)化）進(jìn)行闡述。4.與二維可視化相比，三維可視化有哪些優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)？*優(yōu)勢(shì)：*表達(dá)更豐富的信息維度：可以直接展示三維空間中的數(shù)據(jù)點(diǎn)、關(guān)系和結(jié)構(gòu)，適合表達(dá)具有天然三維屬性的數(shù)據(jù)（如幾何形狀、空間分布）。*更強(qiáng)的深度感和沉浸感：能夠模擬真實(shí)世界的三維場(chǎng)景，提供更直觀的空間感知。*支持更復(fù)雜的數(shù)據(jù)表示：可以表現(xiàn)二維難以有效展示的復(fù)雜空間關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)。*挑戰(zhàn)：*生理視覺(jué)限制：人眼對(duì)三維深度的感知能力有限，易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞或迷失方向感。*認(rèn)知理解難度增加：理解三維空間中的關(guān)系比二維更復(fù)雜，需要更多的認(rèn)知努力。*可視化設(shè)計(jì)難度大：如何設(shè)計(jì)清晰、有效的三維視圖是一個(gè)挑戰(zhàn)，易于產(chǎn)生誤導(dǎo)（如視覺(jué)遮擋、透視扭曲）。*工具和計(jì)算成本：實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的三維可視化通常需要更強(qiáng)大的硬件和更復(fù)雜的計(jì)算。*交互設(shè)計(jì)復(fù)雜：在三維空間中進(jìn)行有效交互比二維更困難。**解析思路：*考察對(duì)三維可視化優(yōu)缺點(diǎn)的全面認(rèn)識(shí)，需同時(shí)從信息表達(dá)能力、用戶體驗(yàn)（生理、認(rèn)知）、設(shè)計(jì)難度、成本及交互等方面進(jìn)行對(duì)比分析。5.簡(jiǎn)述科學(xué)可視化在模擬流體運(yùn)動(dòng)分析中的一個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景。*應(yīng)用場(chǎng)景：天氣預(yù)報(bào)與氣象學(xué)研究中的大氣環(huán)流模擬分析。*可視化內(nèi)容：利用科學(xué)可視化技術(shù)，將計(jì)算機(jī)模擬得到的流體（空氣）在三維空間中的速度場(chǎng)（風(fēng)速大小和方向）、壓力場(chǎng)（氣壓分布）、溫度場(chǎng)（氣溫分布）、濕度場(chǎng)等數(shù)據(jù)，通過(guò)顏色、箭頭、等值面、流線等多種視覺(jué)編碼方式，動(dòng)態(tài)地或靜態(tài)地展示在地球坐標(biāo)系或區(qū)域坐標(biāo)系下。*分析目的：幫助氣象學(xué)家直觀地理解大氣環(huán)流模式、識(shí)別高壓低壓系統(tǒng)、追蹤臺(tái)風(fēng)或氣旋的形成與發(fā)展路徑、分析不同氣象要素之間的空間關(guān)系和動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，從而提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，并深入研究中尺度到全球尺度的大氣物理現(xiàn)象。**解析思路：*考察將科學(xué)可視化技術(shù)應(yīng)用于具體科學(xué)問(wèn)題的能力，需明確應(yīng)用領(lǐng)域（如流體力學(xué)、氣象學(xué)）、具體模擬對(duì)象（流體運(yùn)動(dòng)）、可視化內(nèi)容（速度、壓力、溫度等場(chǎng)）、使用的視覺(jué)編碼方式以及最終的分析目的。三、論述題1.論述顏色在信息可視化中的重要作用及其使用時(shí)應(yīng)遵循的原則。*重要作用：*傳遞豐富信息：顏色是強(qiáng)大的視覺(jué)編碼手段，可以有效地表示數(shù)值大小、類別歸屬、數(shù)據(jù)分組、異常值、時(shí)間序列等多種信息維度，遠(yuǎn)超單色圖表的表達(dá)能力。*增強(qiáng)可讀性與區(qū)分度：通過(guò)使用不同的顏色，可以清晰地區(qū)分不同的數(shù)據(jù)系列、類別或狀態(tài)，提高圖表的可讀性和用戶查找信息的效率。*引導(dǎo)注意力與強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)：可以利用顏色的鮮明度、飽和度或?qū)Ρ榷葋?lái)突出顯示關(guān)鍵信息、重要趨勢(shì)或需要用戶關(guān)注的區(qū)域。*改善美觀性與用戶吸引力：合理的色彩搭配可以顯著提升可視化結(jié)果的美觀度，增強(qiáng)用戶的視覺(jué)體驗(yàn)和交互意愿。*支持多通道信息傳遞：在有限的屏幕空間內(nèi)，顏色可以與其他視覺(jué)通道（如位置、大?。﹨f(xié)同工作，傳遞更多的信息。*使用原則：*明確編碼意圖：使用顏色進(jìn)行編碼前，必須有清晰、明確的目的，確保顏色映射與數(shù)據(jù)含義直接關(guān)聯(lián)。*遵循色彩感知規(guī)律：優(yōu)先使用人眼感知差異大的顏色屬性（如色調(diào)）來(lái)表示信息，避免使用感知差異小的屬性（如明度、飽和度）進(jìn)行重要信息編碼?？紤]色盲等特殊情況。*保持一致性：在同一可視化或相關(guān)系列可視化中，對(duì)相同類型信息的顏色編碼應(yīng)保持一致，避免混淆。*限制顏色數(shù)量：避免使用過(guò)多顏色導(dǎo)致視覺(jué)混亂和認(rèn)知超載。對(duì)于離散類別，選擇有限且區(qū)分度高的調(diào)色板。*考慮色彩對(duì)比度：確保文字、圖形與背景顏色之間有足夠的對(duì)比度，保證信息的可讀性。*避免誤導(dǎo)性編碼：注意顏色映射的起始點(diǎn)、斜率和飽和度可能帶來(lái)的隱含假設(shè)或誤導(dǎo)。例如，避免使用紅色表示低值、綠色表示高值的常規(guī)認(rèn)知可能產(chǎn)生的誤導(dǎo)。*結(jié)合上下文與用戶知識(shí)：考慮目標(biāo)受眾的背景知識(shí)和文化習(xí)慣，選擇合適的顏色方案。*為無(wú)彩色提供備選方案：對(duì)于依賴顏色的信息表示，應(yīng)提供文本標(biāo)簽或其他視覺(jué)通道作為補(bǔ)充，方便所有用戶理解。**解析思路：*考察對(duì)顏色在可視化中作用的理解深度和系統(tǒng)性思考。需先闡述其多方面的重要作用，再詳細(xì)論述在使用時(shí)應(yīng)遵循的關(guān)鍵原則（意圖、感知、一致、數(shù)量、對(duì)比、避免誤導(dǎo)、上下文、備選方案）。2.分析信息可視化技術(shù)在現(xiàn)代商業(yè)智能（BI）領(lǐng)域中的關(guān)鍵作用，并舉例說(shuō)明。*關(guān)鍵作用：*將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為洞察：商業(yè)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，可視化技術(shù)能將其轉(zhuǎn)化為直觀易懂的圖表和報(bào)告，幫助管理者快速把握業(yè)務(wù)狀況、發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題和機(jī)會(huì)。*提升決策效率與質(zhì)量：可視化提供的清晰視圖和趨勢(shì)分析，使決策者能夠基于數(shù)據(jù)證據(jù)迅速做出判斷和決策，提高決策的科學(xué)性和前瞻性。*促進(jìn)跨部門(mén)溝通與協(xié)作：統(tǒng)一的可視化語(yǔ)言和平臺(tái)有助于不同部門(mén)（如銷售、市場(chǎng)、財(cái)務(wù)）共享信息、理解彼此工作、協(xié)同合作，打破信息孤島。*監(jiān)控關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPIs）：通過(guò)儀表盤(pán)（Dashboard）等可視化形式，實(shí)時(shí)或定期展示關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標(biāo)的進(jìn)展和狀態(tài)，便于管理者進(jìn)行績(jī)效監(jiān)控和及時(shí)干預(yù)。*支持客戶關(guān)系管理：可視化分析客戶數(shù)據(jù)（如購(gòu)買(mǎi)行為、人口統(tǒng)計(jì)），幫助企業(yè)深入理解客戶需求、細(xì)分客戶群體、制定精準(zhǔn)營(yíng)銷策略。*驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)與創(chuàng)新：通過(guò)分析市場(chǎng)趨勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手動(dòng)態(tài)和內(nèi)部運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，可視化洞察可以指導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新、市場(chǎng)拓展和流程優(yōu)化，驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。*舉例說(shuō)明：*銷售業(yè)績(jī)分析儀表盤(pán)：企業(yè)使用BI工具創(chuàng)建包含銷售總額、按區(qū)域/產(chǎn)品/時(shí)間維度的銷售分布圖（如條形圖、餅圖）、銷售增長(zhǎng)率趨勢(shì)圖（如折線圖）、銷售漏斗圖、客戶地域分布地圖等可視化。管理者可以一目了然地看到哪個(gè)區(qū)域/產(chǎn)品表現(xiàn)最佳或最差，銷售趨勢(shì)是否符合預(yù)期，從而調(diào)整資源分配和營(yíng)銷策略。*網(wǎng)站用戶行為分析：通過(guò)可視化技術(shù)分析用戶訪問(wèn)量（PV/UV）、用戶來(lái)源（地圖熱力圖）、頁(yè)面瀏覽路徑（桑基圖）、用戶停留時(shí)間分布（直方圖）、跳出率等。網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)者可以了解用戶興趣點(diǎn)、流量來(lái)源質(zhì)量、用戶在網(wǎng)站內(nèi)的導(dǎo)航模式，據(jù)此優(yōu)化網(wǎng)站結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，提升用戶體驗(yàn)。*庫(kù)存與供應(yīng)鏈監(jiān)控：可視化展示庫(kù)存水平（儀表盤(pán)）、庫(kù)存周轉(zhuǎn)率（折線圖）、供應(yīng)商表現(xiàn)（雷達(dá)圖）、物流運(yùn)輸路線與時(shí)效（地圖與熱力圖