خريطة حرارية

خريطة حرارية تم إنشاؤها من بيانات المصفوفة الدقيقة للحمض النووي تعكس قيم التعبير الجيني في عدة حالات (Eisen et al.)
شاشة عرض مصفوفة مظللة من تصميم توسان لوا (1873)
خريطة حرارية توضح تغطية الترددات اللاسلكية لنظام كشف الطائرات بدون طيار

خريطة الحرارة هي تقنية تصوير بيانات ثنائية الأبعاد، تمثل مقدار القيم الفردية ضمن مجموعة البيانات بلون. وقد يكون التباين في اللون من حيث درجة اللون أو شدته .

في بعض التطبيقات مثل تحليلات الجريمة أو تتبع نقرات مواقع الويب، يتم استخدام اللون لتمثيل كثافة نقاط البيانات بدلاً من القيمة المرتبطة بكل نقطة.

"خريطة الحرارة" مصطلح جديد نسبياً، لكن ممارسة تظليل المصفوفات موجودة منذ أكثر من قرن. [ 1 ]

تاريخ

نشأت الخرائط الحرارية من عروض ثنائية الأبعاد لقيم مصفوفة البيانات. كانت القيم الأكبر تُمثَّل بمربعات صغيرة رمادية داكنة أو سوداء (بكسلات)، بينما تُمثَّل القيم الأصغر بمربعات أفتح. يعود أقدم مثال معروف إلى عام 1873، عندما استخدم توسان لوا مصفوفة مظللة مرسومة يدويًا وملونة لتصوير الإحصاءات الاجتماعية في أحياء باريس . [ 1 ] طُرحت فكرة إعادة ترتيب الصفوف والأعمدة للكشف عن بنية مصفوفة البيانات، والمعروفة باسم التسلسل ، من قِبل فلندرز بيتري عام 1899. وفي عام 1950، طوّر لويس غوتمان مخطط المقياس (Scalogram)، وهو طريقة لترتيب المصفوفات الثنائية لإظهار بنية مقياس أحادية البعد. وفي عام 1957، عرض بيتر سنيث نتائج تحليل التجميع عن طريق تبديل صفوف وأعمدة المصفوفة لوضع القيم المتشابهة بالقرب من بعضها البعض وفقًا للتجميع. نفّذ روبرت لينغ هذه الفكرة عام 1973 باستخدام برنامج حاسوبي يُسمى SHADE. استخدم لينغ أحرفًا مطبوعة فوق بعضها لتمثيل درجات مختلفة من اللون الرمادي، بعرض حرف واحد لكل بكسل. [ 1 ] طوّر ليلاند ويلكنسون أول برنامج حاسوبي عام 1994 ( SYSTAT ) لإنتاج خرائط حرارية للمجموعات برسومات ملونة عالية الدقة. شاشة آيزن وآخرون الموضحة في الشكل هي نسخة طبق الأصل من تصميم SYSTAT السابق. [ 1 ]

سجّل مصمم البرمجيات كورماك كيني مصطلح "الخريطة الحرارية" كعلامة تجارية عام 1991 لوصف برامج الحاسوب المستخدمة لعرض معلومات السوق المالية في الوقت الفعلي. [ 2 ] وفي عام 1998، استحوذت شركة SS&C Technologies, Inc. على العلامة التجارية ، لكنها لم تجدد الترخيص، فأُلغيت عام 2006. [ 3 ]

مثال على خريطة حرارية مكانية: يعرض الكربون الجوي عبر صورة للعالم حيث يمثل اللون الأحمر أعلى تركيز لثاني أكسيد الكربون ويمثل اللون الأزرق أدنى تركيز (5 أبريل 2019).

الأنواع

توجد فئتان رئيسيتان من الخرائط الحرارية: الخرائط المكانية والخرائط الشبكية. بالإضافة إلى ذلك، يوجد أكثر من عشرة أنواع مختلفة من الخرائط الحرارية.

تُظهر خريطة الحرارة المكانية حجم ظاهرة مكانية على شكل لون، وعادةً ما تُطلى على الخريطة. في الصورة المعنونة "مثال على خريطة الحرارة المكانية"، تُعرض درجة الحرارة بنطاق لوني عبر خريطة العالم، حيث يتراوح اللون من الأزرق (بارد) إلى الأحمر (ساخن).

تُظهر خريطة الحرارة الشبكية مقدار التغير كلون في مصفوفة ثنائية الأبعاد، حيث يُمثل كل بُعد فئة من السمات، ويُمثل اللون مقدار قياس مُعين للسمات المُجمعة من كلتا الفئتين. على سبيل المثال، قد يُمثل أحد البُعدين السنة، والآخر الشهر، وقد تكون القيمة المقاسة هي درجة الحرارة. تُظهر خريطة الحرارة هذه كيفية تغير درجة الحرارة على مدار السنوات في كل شهر. تُصنف خرائط الحرارة الشبكية إلى نوعين من المصفوفات: المصفوفة العنقودية، ومصفوفة الارتباط الذاتي.

  • خريطة حرارية مجمعة: مثال على درجة الحرارة الشهرية حسب السنة هو خريطة حرارية مجمعة.
  • مخطط الارتباط: هو خريطة حرارية مجمعة، حيث يُمثل كل محور نفس السمة، وذلك لعرض كيفية تفاعل السمات ضمن مجموعة السمات. ويكون مخطط الارتباط مثلثًا بدلًا من مربع، لأن تركيبة AB هي نفسها تركيبة BA، وبالتالي لا داعي لتكرارها.

في خريطة الحرارة الشبكية، تُعرض الألوان في شبكة ذات حجم ثابت، وتكون جميع خلايا الشبكة متساوية في الحجم والشكل. والهدف هو الكشف عن التجمعات، أو الإشارة إلى وجودها.

تُستخدم خريطة الحرارة المكانية غالبًا على الخرائط أو صور الأقمار الصناعية (انظر نظم المعلومات الجغرافية )، حيث لا يوجد مفهوم للخلايا، وبدلاً من ذلك تتغير الألوان باستمرار.

يكتبوصفالتطبيقات
خريطة حرارية أساسية للمصفوفةيعرض القيم في شبكة ثنائية الأبعاد مع ترميز لوني. بنية بسيطة بدون تجميع أو تسلسل هرمي.التعبير الجيني، مصفوفات الارتباط، الإحصاءات البسيطة
خريطة حرارية مجمعةيقوم بتوسيع خرائط الحرارة المصفوفية عن طريق تجميع الصفوف/الأعمدة المتشابهة باستخدام التجميع الهرمي والمخططات الشجرية.علم الجينوم، تجزئة العملاء، الشبكات البيولوجية
خريطة حرارية مشروحةتحتوي كل خلية على تسمية رقمية لإظهار القيمة الدقيقة بالإضافة إلى تدرج لوني.إعداد التقارير من لوحة المعلومات، ذكاء الأعمال، البيانات الصحية
خريطة حرارية جغرافيةتراكب قيم الكثافة على الخرائط، عادةً حسب المنطقة أو إحداثيات الموقع.رسم خرائط الجريمة، ونتائج الانتخابات، والدراسات السكانية
خريطة حرارية لكثافة النقاطيعرض الكثافة بناءً على أحداث النقاط (دون الاعتماد على المناطق).علم الأوبئة، تحليل حركة المرور، الكشف عن النقاط الساخنة
خريطة حرارية تفاعليةخرائط رقمية تفاعلية تتضمن ميزات مثل التكبير والتصغير، والتصفية، وتلميحات الأدوات للقيم.سهولة استخدام المواقع الإلكترونية، وتحليل التسويق، وتتبع السلوك
خريطة حرارية ثلاثية الأبعاد/حجميةيعرض القيم في ثلاثة أبعاد أو عمليات مسح حجمية (مثل التصوير الطبي).تحليل التصوير بالرنين المغناطيسي، علم الأعصاب، تحليل التصوير المقطعي المحوسب
خريطة حرارية زمنية (تقويمية)خرائط حرارية منظمة حسب الفترات الزمنية (التقويم، والأنماط الأسبوعية، واليومية).تصور النشاط، عمليات الالتزام على GitHub، تتبع المبيعات
خريطة حرارية متعددة المتغيراتيقوم بتشفير أكثر من متغير واحد باستخدام اللون أو الحجم أو الشكل أو التعليقات التوضيحية في كل خلية.قابلية تفسير الذكاء الاصطناعي، وعلم الجينوم، ولوحات بيانات المعلومات
مخطط الارتباطمصفوفة متناظرة تُظهر الارتباطات الثنائية، وغالبًا ما تكون مصحوبة بشدة اللون والإشارات.الاقتصاد، وعلم النفس، وبحوث التعليم

الاستخدامات

تتمتع الخرائط الحرارية بإمكانيات واسعة في مختلف التطبيقات، وذلك لقدرتها على تبسيط البيانات وجعل تحليلها أكثر جاذبية بصريًا. فيما يلي قائمة بالعديد من التطبيقات التي تستخدم أنواعًا مختلفة من الخرائط الحرارية.

الرسومات البيانية ذات الخطوط الدافئة هي خرائط حرارية أحادية البعد تُظهر التقدم السنوي للاحتباس الحراري - في هذا المثال، منذ عام 1850. ولتمثيل درجات الحرارة الأكثر برودة ودفئًا، اختار مبتكر التصميم، عالم المناخ إد هوكينز ، أكثر 8 درجات من اللون الأزرق والأحمر تشبعًا من لوحة ألوان ColorBrewer ذات 9 فئات أحادية اللون.

تحليل الأعمال : تُستخدم الخرائط الحرارية في تحليلات الأعمال لتقديم تمثيل مرئي لأداء الشركة الحالي، ووظائفها، واحتياجاتها للتحسين. تُعدّ الخرائط الحرارية وسيلةً لتحليل بيانات الشركة الحالية وتحديثها لتعكس النمو والجهود المبذولة. كما أنها جذابة بصريًا لأعضاء الفريق وعملاء الشركة.

المواقع الإلكترونية: تُستخدم خرائط الحرارة بطرقٍ عديدة داخل المواقع الإلكترونية لتحديد سلوك المستخدمين الزائرين. عادةً، تُستخدم عدة خرائط حرارة معًا لاستخلاص رؤى حول أفضل وأسوأ عناصر الموقع أداءً. فيما يلي بعض خرائط الحرارة المستخدمة في تحليل المواقع الإلكترونية.

  • تتبع الماوس : تُستخدم خرائط الحرارة لتتبع الماوس أو خرائط التحويم لتصور المكان الذي يحرك فيه مستخدم الموقع مؤشر الماوس.
  • تتبع العين : تقوم خرائط الحرارة لتتبع العين بقياس موضع عين مستخدمي الموقع الإلكتروني وتجمع قياسات مثل حجم تثبيت العين ومدة تثبيت العين ومناطق الاهتمام.
  • تتبع النقرات : تُشبه خرائط حرارة تتبع النقرات، أو خرائط اللمس، خرائط حرارة تتبع حركة الماوس، ولكن بدلاً من التركيز على تفاعلات التمرير، تُساعد هذه الخرائط على تصور تفاعلات المستخدم مع النقرات. لا تقتصر خرائط حرارة تتبع النقرات على توفير مؤشرات مرئية للمكونات القابلة للنقر على صفحة الويب، مثل الأزرار أو القوائم المنسدلة، بل تُتيح أيضاً تتبع العناصر غير القابلة للنقر في أي مكان على الصفحة.
  • توليد الانتباه بالذكاء الاصطناعي : تساعد خرائط الانتباه الحرارية المولدة بالذكاء الاصطناعي على تصور مسار انتباه المستخدم الزائر في قسم معين من صفحة الويب. تُنفذ هذه الخرائط باستخدام خوارزمية برمجية مصممة خصيصًا لتحديد وتوقع سلوك المستخدم.
  • تتبع التمرير : تُستخدم خرائط حرارة تتبع التمرير لتمثيل سلوك التمرير لمستخدمي الموقع الإلكتروني. يساعد هذا في إنتاج مؤشرات بصرية حول القسم الذي يقضي فيه المستخدم معظم وقته على الموقع. [ 4 ]
مثال على خريطة حرارية لتحليل البيانات: يعرض عدم التوازن الارتباطي المعياري للنوافذ الجينومية داخل منطقة Hist1 للفأر (Mus musculus).
مثال على خريطة حرارية لتحليل البيانات: رسم بياني فرعي لواحدة من خمس عقد محورية ذات درجة كبيرة من المركزية في منطقة جينومية في الفئران (Mus musculus) تسمى منطقة Hist1، حيث تمثل كل خلية في الرسم البياني حافة واحدة في الشبكة الجينومية.

تحليل البيانات الاستكشافي : يعمل علماء البيانات ومحللو البيانات مع مجموعات بيانات صغيرة وكبيرة، حيث يدرسون ويحددون العلاقات والخصائص الأساسية بين مختلف نقاط البيانات، بالإضافة إلى خصائص تلك النقاط. يعمل علماء البيانات ومحللو البيانات ضمن فريق يضم متخصصين من مختلف المجالات. تُعد خرائط الحرارة وسيلة سهلة بصريًا لتلخيص النتائج والمكونات الرئيسية. توجد طرق أخرى لتمثيل البيانات، إلا أن خرائط الحرارة تُتيح تصور نقاط البيانات وعلاقاتها في فضاء متعدد الأبعاد دون أن تصبح مضغوطة جدًا أو غير جذابة بصريًا. تسمح خرائط الحرارة في تحليل البيانات بتحديد متغيرات معينة للصفوف و/أو الأعمدة على المحاور، وحتى على القطر.

علم الأحياء : في مجال علم الأحياء، تُستخدم الخرائط الحرارية لتمثيل مجموعات البيانات الكبيرة والصغيرة بصريًا. وينصب التركيز على الأنماط وأوجه التشابه في الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبوزي (RNA ) والتعبير الجيني ، وما إلى ذلك. عند العمل مع هذه المجموعات من البيانات، يركز علماء البيانات في المعلوماتية الحيوية على مفاهيم مختلفة، منها اكتشاف المجتمعات، والارتباط والترابط، ومفهوم المركزية، حيث تُعد الخرائط الحرارية وسيلة فعالة لتلخيص النتائج بصريًا ومشاركتها مع متخصصين من خارج مجال علم الأحياء أو المعلوماتية الحيوية . تُظهر الخريطتان الحراريتان على اليمين، والمُعنونتان بـ "مثال على خريطة حرارية لتحليل البيانات"، طرقًا مختلفة لعرض البيانات الجينومية لمنطقة محددة ( منطقة Hist1 ) لشخص من خارج مجال علم الأحياء، مما يُتيح له فهمًا أفضل للمفهوم العام الذي يحاول عالم الأحياء أو عالم البيانات تقديمه. [ 5 ]

التحليل المالي : تتذبذب قيم المنتجات والأصول المختلفة بسرعة أو تدريجيًا مع مرور الوقت. لذا، يُعدّ تسجيل التغيرات في الأسواق اليومية أمرًا بالغ الأهمية. فهو يُتيح إمكانية استخلاص التوقعات من الأنماط، مع إمكانية الرجوع إلى البيانات الرقمية السابقة. تُسهّل الخرائط الحرارية هذه العملية وتُمكّن المستخدم من تصور نقاط البيانات ومقارنتها بين مختلف الجهات الفاعلة. [ 6 ]

التصوير الجغرافي : تُستخدم الخرائط الحرارية لتصوير وعرض التوزيع الجغرافي للبيانات. تمثل هذه الخرائط كثافات مختلفة لنقاط البيانات على الخريطة الجغرافية، مما يساعد المستخدمين على رؤية شدة ظواهر معينة، وعرض العناصر الأكثر أو الأقل أهمية. يُخلط أحيانًا بين الخرائط الحرارية المستخدمة في التصوير الجغرافي وخرائط التوزيع اللوني ، لكن الفرق يكمن في طريقة عرض بعض البيانات، وهو ما يميز بينهما. [ 7 ]

الرياضة: يمكن استخدام الخرائط الحرارية في العديد من الرياضات، وتؤثر على قرارات المديرين والمدربين بناءً على كثافة البيانات المعروضة. يستطيع المستخدمون تحديد الأنماط داخل اللعبة، واستراتيجيات الخصوم وفريقهم، واتخاذ قرارات أكثر استنارة تصب في مصلحة اللاعب والفريق والمؤسسة، كما يمكنهم تحسين الأداء في مختلف المجالات من خلال تحديد المجالات التي تحتاج إلى تحسين. تُظهر الخرائط الحرارية أيضًا المقارنات والعلاقات بين الفرق المختلفة في نفس الرياضة أو بين رياضات مختلفة مجتمعة. [ 6 ]

الأمن السيبراني : في أنظمة كشف التسلل وتحليل السجلات، تُستخدم الخرائط الحرارية لتسليط الضوء على أنماط الوصول غير المعتادة، ومحاولات مسح المنافذ، وتجميع عناوين IP الخبيثة. وهي تساعد محللي مركز عمليات الأمن (SOC) على اكتشاف الحالات الشاذة في مجموعات البيانات الكبيرة بسرعة. [ 8 ]

التخطيط الحضري : تُستخدم الخرائط الحرارية في التخطيط الحضري لتصوير الازدحام المروري، وحركة المشاة ، والظروف البيئية، وذلك لتطوير البنية التحتية استنادًا إلى البيانات (باتي وآخرون، 2012). وتُستخدم الخرائط الحرارية البيئية لتتبع جودة الهواء وظاهرة الجزر الحرارية الحضرية، مما يُسهم في توجيه تخطيط المساحات الخضراء (وكالة البيئة الأوروبية، 2021). كما تُساعد الخرائط الحرارية لتلوث الضوضاء في تقسيم المناطق وتخفيف آثاره بالقرب من المناطق السكنية (وكالة البيئة الأوروبية، 2020). ويستخدم المخططون التجاريون الخرائط الحرارية لحركة المشاة لتحسين تصميمات متاجر التجزئة (سمارت سانتاندير، 2014). وعند دمج هذه الخرائط في أنظمة المدن الذكية ، فإنها تُعزز جودة الحياة، والاستدامة، والسلامة (باتي وآخرون، 2012). [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

أنظمة الألوان

يمكن استخدام العديد من أنظمة الألوان المختلفة لعرض خريطة الحرارة، ولكل منها مزايا وعيوب إدراكية. يُعد اختيار نظام ألوان مناسب أمرًا أساسيًا لعرض البيانات بدقة وفعالية، بينما قد يؤدي نظام الألوان غير المناسب إلى استنتاجات خاطئة أو استبعاد من يعانون من ضعف في تمييز الألوان من التحليل السليم لهذه البيانات. [ 13 ]

مزيج من الرسم البياني السطحي وخريطة الحرارة، حيث يمثل ارتفاع السطح سعة الدالة، ويمثل اللون زاوية الطور.

على الرغم من شيوع استخدام خرائط ألوان قوس قزح، إلا أنها تعاني من مشاكل تتعلق بسهولة الوصول واستمرارية البيانات. [ 14 ] تُشكل خرائط قوس قزح تحديًا للمستخدمين الذين يعانون من قصور في رؤية الألوان، وخاصةً أولئك الذين يجدون صعوبة في التمييز بين اللونين الأحمر والأخضر - وهي حالة تُصيب شريحة كبيرة من السكان. [ 14 ] بالإضافة إلى مشاكل سهولة الوصول، فإن ألوان خرائط الحرارة بألوان قوس قزح ليست متجانسة إدراكيًا؛ فالزيادات المتساوية في قيم البيانات لا تُقابلها تغيرات متساوية في اللون. [ 15 ] يمكن أن يُؤدي عدم التجانس إلى تأثيرات بصرية مُضللة، مثل الحدود أو التدرجات اللونية المصطنعة. [ 15 ] قد تُؤثر هذه التأثيرات سلبًا على دقة وفعالية التمثيل المرئي. على سبيل المثال، قد يصعب تفسير السعة مع الألوان التي تُظهر زاوية الطور باستخدام قوس قزح كامل من الألوان. في هذه الحالة، قد يُؤدي نظام ألوان قوس قزح إلى تشويش التفسير على من يعانون من قصور في رؤية الألوان، أو يُسبب ارتباكًا بسبب بعض الحدود اللونية الحادة في الرسم البياني. [ 15 ] ولمعالجة هذه التحديات، تم إنشاء مجموعات ألوان متجانسة إدراكياً لتناسب الإعاقات البصرية والحفاظ على اختلافات لونية متسقة تتناسب مع الاختلافات في البيانات. [ 16 ]

خرائط حرارية لمخططات Rainbow مقابل Viridis

تُصمَّم أنظمة الألوان المتجانسة إدراكياً بعناية للحفاظ على اتساق الفروق الإدراكية وتوفير تجربة مشاهدة أفضل للمشاهدين الذين يعانون من قصور في رؤية الألوان. عند تطبيق هذه الأنظمة اللونية في خريطة حرارية، يجب على المصممين مراعاة سياق البيانات والتركيز المقصود. تتبع هذه الأنظمة ثلاثة أنماط رئيسية: التدرجات المتسلسلة (تفاوت شدة لون واحد)، واللوحات المتباينة (لونان متناقضان مع نقطة وسطى محايدة)، والمجموعات النوعية للبيانات الفئوية. [ 17 ] وقد أنتجت تقنيات التصور العلمي العديد من مجموعات الألوان المتجانسة إدراكياً (مثل Viridis وMagma وCividis) التي تعالج كلاً من مسائل التجانس وسهولة الوصول. [ 18 ]

خريطة حرارية باستخدام مخطط فيرديس لتوضيح استخدام مجموعات الألوان المتجانسة إدراكياً

يمكن أن تؤثر قيود الأجهزة بشكل كبير على فعالية عرض الخرائط الحرارية. فعند عرضها على شاشات منخفضة الدقة، قد تظهر تدرجات الألوان عالية الدقة مشوشة أو غير متناسقة، مما يقلل من جودة العرض؛ وهذا ما يُعرف بتكميم الألوان ، والذي قد يُخفي أجزاءً من البيانات أو يُبرزها بشكل خاطئ. وللتخفيف من هذه الآثار، ينبغي على المصممين مراعاة جميع الأجهزة التي ستعرض خريطتهم الحرارية، وقيود الألوان الخاصة بها. ويُعد إجراء اختبارات شاملة واستخدام نظام ألوان محدود الخيار الأمثل عند إنشاء خريطة حرارية سيتم عرضها على أنواع متعددة من الأجهزة.

خريطة حرارية بتدرج الرمادي تم إنشاؤها باستخدام حزمة بايثون seaborn

يُعدّ التوافق مع تدرجات الرمادي ضروريًا لسهولة الوصول إلى الخرائط الحرارية، لا سيما عند استخدام الوسائط المطبوعة، أو شاشات العرض بالأبيض والأسود فقط، أو الرؤية أحادية اللون. عند التحويل إلى تدرجات الرمادي، تفقد العديد من أنظمة الألوان خرائط البيانات المميزة، مما يسمح بظهور قيم مختلفة متطابقة في الإضاءة. صُممت أنظمة الألوان المتوافقة مع تدرجات الرمادي للحفاظ على التباين بين نقاط البيانات حتى عند إزالة اللون، مثل عائلة ألوان "virdis". [ 18 ]

خريطة حرارية توضح متوسط ​​درجة الحرارة في جبال روكي الجنوبية من عام 1950 إلى عام 2020 باستخدام لوحة ألوان "الأزرق" من مكتبة Color Brewer

تطبيقات البرمجيات

تتوفر العديد من تطبيقات برامج الخرائط الحرارية مجاناً:

تم إنشاء هذه الخريطة الحرارية باستخدام مكتبة seaborn. وهي تُظهر الارتباط المُعَيَّر للنوافذ الجينومية ضمن منطقة Hist1 على فأر.
  • R ، وهي بيئة برمجية مجانية للحوسبة الإحصائية والرسومات، تحتوي على العديد من الوظائف لتتبع الخرائط الحرارية، [ 19 ] [ 20 ]
  • برنامج Gnuplot ، وهو برنامج رسم بياني عالمي ومجاني يعمل عبر سطر الأوامر، يمكنه رسم خرائط حرارية ثنائية وثلاثية الأبعاد. [ 21 ]
  • يمكن لبرنامج Google Fusion Tables إنشاء خريطة حرارية من جدول بيانات Google Sheets يقتصر على 1000 نقطة من البيانات الجغرافية. [ 22 ]
  • يوفر نظام الألوان "كيوب هيليكس" الخاص بديف غرين موارد لنظام ألوان يُطبع على شكل تدرج رمادي متزايد بشكل رتيب على أجهزة بوستسكريبت بالأبيض والأسود. [ 23 ]
  • يمكن لبرنامج Openlayers 3 عرض طبقة خريطة حرارية لخاصية محددة من بين جميع المعالم الجغرافية في طبقة متجهة. [ 24 ]
  • D3.js ، [ 25 ] [ 26 ] AnyChart [ 27 ] [ 28 ] و Highcharts [ 29 ] [ 30 ] هي مكتبات JavaScript لتصور البيانات والتي توفر القدرة على إنشاء مخططات خرائط حرارية تفاعلية، من الأساسية إلى المخصصة للغاية، كجزء من حلولها.
  • تدعم لغة بايثون ، وهي لغة مستخدمة على نطاق واسع لتحليل البيانات وتصورها، العديد من المكتبات لإنشاء خرائط حرارية:
    • تقوم دالة Matplotlibimshow() بتصوير المصفوفات العددية ثنائية الأبعاد كصور مرمزة بالألوان، مع إمكانية التحكم في تعيين الألوان والمحاور. [ 31 ]
    • توفر دالة Seabornheatmap() خريطة حرارية مصقولة جمالياً بأقل قدر من التعليمات البرمجية، وغالباً ما تستخدم مع إطارات بيانات Pandas . [ 32 ]
    • تُنشئ وظيفة Plotlygo.Heatmap() خرائط حرارية تفاعلية قائمة على HTML. وتتيح هذه الوظيفة إضافة تسميات للمحورين السيني والصادي، ومصفوفات ثنائية الأبعاد، ومقاييس ألوان مخصصة، ومعلومات تفصيلية عند تمرير المؤشر فوقها. [ 33 ]
  • في لغة جافا ، يمكن إنشاء خرائط الحرارة باستخدام مكتبات الرسومات مثل JavaFX أو Swing أو مكتبات الرسوم البيانية التابعة لجهات خارجية.
  • خريطة حرارية لبيانات جينومية تقارن 27 نمطًا نوويًا (ملامح نووية) عبر 81 نافذة جينومية. تم تحديد المجموعات المثلى داخل منطقة Hist1 وتحسينها باستخدام خوارزمية التجميع k-means، وتم عرضها بصريًا باستخدام Seaborn في بايثون.
    C ، يمكن إنشاء خرائط الحرارة باستخدام معالجة الصور منخفضة المستوى، أو مكتبات الرسومات، أو روابط لمحركات العرض لتصور البيانات.
    • تتيح صيغة PPM ( صيغة الخرائط النقطية المحمولة ) أبسط أشكال إنشاء الخرائط الحرارية بلغة C عن طريق كتابة قيم البكسل المرمزة بالألوان مباشرةً إلى ملف. وهي صيغة نصية أو ثنائية يمكن تنفيذها يدويًا دون الحاجة إلى مكتبات خارجية. [ 39 ]
    • تُمكّن مكتبة libpng من إنشاء خرائط حرارية مضغوطة وعالية الجودة بصيغة PNG عن طريق تحويل قيم البيانات إلى RGB وكتابة مخازن الصور. وهي تدعم شفافية ألفا وتُعدّ مناسبة للتصوير العلمي. [ 40 ]
    • تتيح SDL2 ( طبقة الوسائط المباشرة البسيطة ) عرض خرائط الحرارة في الوقت الفعلي داخل نافذة. وهي تدعم معالجة البيانات على مستوى البكسل، مما يجعلها مثالية للتصورات التفاعلية أو خرائط بيانات المستشعرات. [ 41 ]
    • توفر مكتبة OpenGL ، عبر روابط C (مثل GLUT أو GLFW)، عرضًا مُسرّعًا لخرائط الحرارة باستخدام وحدة معالجة الرسومات مع تعيين النسيج والتظليل. ويُستخدم هذا في التطبيقات عالية الأداء أو التطبيقات القائمة على المحاكاة. [ 42 ]

الخرائط الكوربليثية مقابل الخرائط الحرارية

خريطة توزيعية توضح الكثافة السكانية في الولايات المتحدة حسب الولاية.

كثيرًا ما يُستخدم مصطلحا "الخرائط الكوربليثية" و"الخرائط الحرارية" بشكل خاطئ عند الإشارة إلى البيانات المُصوَّرة جغرافيًا. [ 43 ] تُظهر كلتا التقنيتين نسبة متغير مُحدد، لكنهما تختلفان في كيفية تحديد حدود تجميع بيانات هذا المتغير. فإذا جُمعت البيانات وجُمعت باستخدام حدود غير منتظمة، كالوحدات الإدارية، فإن الخريطة الحرارية التي تعرض هذه البيانات ستكون مماثلة للخريطة الكوربليثية، مما يُؤدي إلى التباس حول الفرق بينهما.

تُظهر الخرائط الكوربليثية البيانات مُجمّعة حسب الحدود الجغرافية، مثل الدول والولايات والمقاطعات وحتى السهول الفيضية. لكل منطقة قيمة فريدة، تُصوَّر من خلال شدة اللون أو التظليل أو النمط. يُمكن استخدام الشكل على اليمين، الذي يعرض خريطة كوربليثية تُظهر الكثافة السكانية للولايات المتحدة حسب الولاية، كمثال. يُوضح الشكل قيمة فريدة (عدد السكان) يُشار إليها بشدة اللون الأزرق، تتناسب مع قيمة الولاية مقارنةً بقيم جميع الولايات الأخرى، ضمن حدود كل ولاية.

خريطة حرارية توضح الكثافة السكانية لكل كيلومتر مربع حول العالم في عام 1994.

وبالمثل، يمكن لخرائط الحرارة أن تُصوّر البيانات على مستوى منطقة جغرافية. مع ذلك، وعلى عكس خرائط التوزيع اللوني، تُظهر خرائط الحرارة نسبة متغير ما على شبكة ذات حجم عشوائي، ولكنه عادةً ما يكون صغيرًا، بغض النظر عن الحدود الجغرافية. [ 44 ] [ 45 ] يُعد الشكل على اليمين، الذي يعرض خريطة حرارة لسكان العالم، مثالًا على ذلك. يوضح الشكل قيمة واحدة (عدد السكان) محصورة في شبكة عشوائية (كيلومترات مربعة)، حيث تُمثل كل خلية في الشبكة بشدة لون تتناسب مع قيمة الخلية بالنسبة لجميع الخلايا الأخرى. قد تُظهر بعض خرائط الحرارة، التي تُنشأ باستخدام بيانات إقليمية تقريبية، حدودًا جغرافية مألوفة في التصور، بينما لا توجد حدود جغرافية حقيقية. يعود وهم الحدود الجغرافية إلى وجود أنماط داخل مجموعة البيانات، وليس إلى تقنية التصور. يحتوي الشكل على اليمين، الذي يعرض خريطة حرارة لسكان العالم، على هذه الظاهرة أيضًا. قد تُشبه المناطق في الأجزاء الريفية من الولايات المتحدة وأمريكا الجنوبية الحدود الجغرافية المألوفة في تلك المناطق.

عادةً ما يتم عرض معلومات رادار الطقس المتعلقة بتساقط الثلوج الناتج عن تأثير البحيرة باستخدام خريطة حرارية.

مثال آخر على خريطة حرارية لمنطقة جغرافية هو تصور لتساقط الثلوج الناتج عن تأثير البحيرة حول بوفالو، نيويورك، في منتصف أكتوبر 2006. يوضح هذا الشكل استخدامًا آخر للخرائط الحرارية مع المناطق الجغرافية، ومدى فائدتها في إظهار تأثيرات الطقس على مناطق محددة بدلاً من البلدان أو الولايات.

أمثلة

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 ويلكنسون إل، فريندلي إم (مايو 2009). "تاريخ خريطة الحرارة العنقودية". الإحصائي الأمريكي . 63 (2): 179-184 . CiteSeerX 10.1.1.165.7924 . doi : 10.1198/tas.2009.0033 . S2CID 122792460 .  
  2. "مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة، رقم التسجيل 75263259" . 1993-09-01.
  3. سيلهافي ر، سينكيريك ر، أوبلاتكوفا زك، سيلهافي ب، بروكوبوفا ز (26-04-2016). منظورات هندسة البرمجيات وتطبيقاتها في الأنظمة الذكية . سبرينغر. ISBN 978-3-319-33622-0.
  4. "دليل الخرائط الحرارية: ما هي الخريطة الحرارية، واستخداماتها، وأنواعها؟ | رؤى الانتباه" . 27 مايو 2021.
  5. جيلينبورغ، ن.، وونغ، ب. (2012). خرائط الحرارة. نيتشر ميثودز ، 9، 213.
  6. 1 2 "5 أمثلة حقيقية لخرائط الحرارة من الصناعات الرائدة [ 2022 ] | VWO" . 20 يناير 2020.
  7. "دليل الخرائط الحرارية الجغرافية [ الأنواع والأمثلة ] " . 20 ديسمبر 2021.
  8. "خريطة تكشف مخاطر الهجمات الإلكترونية في جميع الولايات الخمسين" . نيوزويك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يناير 2026 .
  9. باتي، م. وآخرون (2012). المدن الذكية للمستقبل . مواضيع خاصة في مجلة الفيزياء الأوروبية ، 214(1)، 481-518.
  10. برنامج الأمم المتحدة للمستوطنات البشرية (2020). استراتيجية البيانات للمدن الذكية .
  11. الوكالة الأوروبية للبيئة (EEA) (2020، 2021). تقارير الضوضاء وجودة الهواء .
  12. مشروع سمارت سانتاندير (2014). حالات استخدام المدن الذكية في التخطيط الحضري .
  13. نونيز، جيمي ر.؛ أندرتون، كريستوفر ر.؛ رينسلو، رايان س. (2018-08-01). "تحسين خرائط الألوان مع مراعاة قصور رؤية الألوان لتمكين التفسير الدقيق للبيانات العلمية" . PLOS ONE . 13 (7) e0199239. arXiv : 1712.01662 . Bibcode : 2018PLoSO..1399239N . doi : 10.1371/journal.pone.0199239 . ISSN 1932-6203 . PMC 6070163. PMID 30067751 .   
  14. 1 2 تيبو، روبن (2021-11-06). "لماذا تُعدّ خريطة ألوان قوس قزح إشكالية؟" . نحو علم البيانات . تم الاسترجاع في 23-04-2025 .
  15. 1 2 3 ستولزل، مايكل؛ شتاين، لينا (24 أغسطس/آب 2021). "خريطة ألوان قوس قزح تشوه وتضلل البحث في علم المياه - إرشادات لتحسين التصورات والتواصل العلمي" . علم المياه وعلوم نظام الأرض . 25 (8): 4549-4565 . Bibcode : 2021HESS...25.4549S . doi : 10.5194/hess-25-4549-2021 . ISSN 1027-5606 . 
  16. "الخرائط اللونية المستمدة علميًا وكيفية استخدامها" . علم الأشعة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-04-2025 .
  17. "أنواع أنظمة الألوان - ColorBrewer" . colorbrewer2.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23-04-2025 .
  18. 1 2 بوب روديس، ونوام روس، وسيمون غارنييه. "مقدمة إلى خرائط ألوان فيريديس" . cran.r-project.org . تاريخ الاسترجاع: 23 أبريل 2025 .
  19. "استخدام لغة R لرسم خريطة حرارية من بيانات المصفوفات الدقيقة" . التنظيم الجزيئي والتجميع في الخلايا . 26 نوفمبر 2009.
  20. "رسم خريطة حرارية" . دليل R.
  21. ^ "النص التجريبي لـ Gnuplot: Heatmaps.dem" .
  22. "مساعدة في جداول الدمج - إنشاء خريطة حرارية" . يناير 2018.support.google.com
  23. "مخطط ألوان ديف غرين 'كيوب هيليكس'" .
  24. "ol/layer/Heatmap~Heatmap" . OpenLayers . تم الاسترجاع في 1 يناير 2019 .
  25. "خريطة حرارية" . معرض رسومات D3.js. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2020 .
  26. "أبسط خريطة حرارية في d3.js" . معرض رسومات D3.js. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2020 .
  27. "مخطط الخريطة الحرارية" . وثائق AnyChart . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2020 .
  28. "مخططات الخرائط الحرارية - معرض" . معرض AnyChart . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يوليو 2020 .
  29. "خريطة حرارية - وثائق Highcharts" . Highcharts . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  30. "خرائط الحرارة والأشجار - عروض توضيحية من Highcharts" . Highcharts . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  31. "خريطة حرارية مشروحة" . Matplotlib . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2025 .
  32. "وثائق خرائط الحرارة في Seaborn" . Seaborn . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2025 .
  33. "وثائق خرائط الحرارة في Plotly" . Plotly . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2025 .
  34. "JavaFX" . JavaFX .
  35. "Object Refinery. (بدون تاريخ). دليل مطوري JFreeChart" . 8 مايو 2016.
  36. "Java2s. (nd). HeatChart Example Code" .
  37. "XChart. (بدون تاريخ). XChart – مكتبة رسم بياني بلغة جافا" .
  38. "أمثلة" . جارٍ المعالجة .
  39. "الصفحة الرئيسية لـ Libpng" .
  40. "الصفحة الرئيسية" . wiki.libsdl.org .
  41. "OpenGL - المعيار الصناعي للرسومات عالية الأداء" . www.opengl.org .
  42. "الوثائق" .
  43. "الخرائط الحرارية مقابل الخرائط الكوربليثية" . www.standardco.de . تاريخ الاسترجاع: 15-03-2024 .
  44. "الخريطة الكثافية مقابل الخريطة الحرارية « مجموعة أدوات رسام الخرائط" . تم الاسترجاع في 15-04-2022 . 
  45. "الخرائط الحرارية مقابل الخرائط الكوربليثية" . www.standardco.de . تاريخ الاسترجاع: 15 أبريل 2022 .

للمزيد من القراءة