Шкала

Шкалы — функции, переводящие область значений данных (числа, даты, строки и т. п.) в диапазон визуальных значений (пиксели, цвета, размеры). Внутри Vega-Lite используются шкалы Vega, основанные на библиотеке d3-scale. Дополнительные сведения о шкалах приведены в статье Майка Бостока «Introducing d3-scale».

Vega-Lite автоматически создаёт шкалы для полей в каналах положения и каналах свойств примитивов. Объект scale в определении поля позволяет настроить свойства шкалы, например тип, область данных и выходной диапазон.

// Спецификация одиночного представления или слоя
{
  ...,
  "mark/layer": ...,
  "encoding": {
    "x": {
      "field": ...,
      "type": ...,
      "scale": {                // Шкала
        "type": ...,
        ...
      },
      ...
    },
    "y": ...,
    ...
  },
  ...
}

Помимо свойства scale каждого канала, объект конфигурации верхнего уровня config содержит настройку шкал (config: {scale: {...}}), задающую свойства по умолчанию для всех шкал.

О средствах, поясняющих шкалы, читайте на страницах осей и легенд.

Содержание страницы

• Типы шкал
• Область значений данных
  • Временная шкала с заданными границами
  • Обрезка или удаление данных за пределами области
  • Интерактивная область domainRaw
• Выходной диапазон
  • Цвета из другого поля
  • Отдельные границы диапазона
  • Цветовые схемы
    • Собственная scheme
    • Массив цветов в range
    • Схемы по умолчанию через конфигурацию
• Общие свойства шкал
• Непрерывные шкалы
  • Линейная шкала
  • Степенная шкала
  • Квадратнокорневая шкала
  • Логарифмическая шкала
  • Симметричная логарифмическая шкала
  • Временная шкала и UTC
  • Кусочная и расходящаяся шкала
• Дискретные шкалы
  • Порядковая шкала
  • Полосовая и точечная шкалы
• Шкалы с дискретизацией
  • Интервальная линейная шкала
  • Интервальная порядковая шкала
    • Параметры интервалов
  • Квантильная шкала
  • Квантизующая шкала
  • Пороговая шкала
• Отключение шкалы
• Настройка шкал по умолчанию
  • config.scale
    • Отступы
    • Выходной диапазон
    • Выход шкалы для некорректных значений
    • Другие свойства
  • config.range

Типы шкал

Свойство type позволяет выбрать тип шкалы.

По умолчанию Vega-Lite использует следующие типы шкал для соответствующих типов данных и каналов кодирования:

Здесь «с bin» означает количественное поле после разбиения на интервалы. Для позиционных номинальных и порядковых полей шкала band используется по умолчанию у столбцов, изображений, прямоугольников и отрезков; у остальных примитивов — point.

Область значений данных

По умолчанию область данных шкалы берётся из поля канала. Свойство domain позволяет задать её явно; sort управляет порядком дискретных значений.

Часто domain используют, например, чтобы ограничить диапазон значений x в диаграмме. Однако одного этого свойства недостаточно для желаемого результата.

Временная шкала с заданными границами

Для временной шкалы domain может содержать объекты даты и времени:

Обрезка или удаление данных за пределами области

Само по себе ограничение domain не удаляет примитивы за заданными границами. Здесь область x ограничена значениями [300, 450], но линия всё ещё выходит за её пределы:

Первый вариант — clip: true в объекте mark: линия обрезается по области построения.

Второй вариант — фильтрация данных через transform. Она удаляет записи за пределами диапазона; поэтому форма линии у края может отличаться от варианта с обрезкой.

Интерактивная область domainRaw

domainRaw может связывать область значений шкалы с параметром и менять её в ответ на действия пользователя:

Выходной диапазон

Диапазон шкалы — видимые значения, соответствующие области данных. Стандартные диапазоны зависят от канала:

Для настройки выходных значений задайте range непосредственно или специальное свойство scheme для порядковых и непрерывных цветовых шкал.

Цвета из другого поля

В примере шкала отображает значения поля l в цвета из поля c:

Примечание: это работает только при соответствии один к одному между полем области данных l и полем выходного диапазона c.

Отдельные границы диапазона

rangeMin меняет только минимальное значение диапазона, сохраняя стандартный максимум:

rangeMax аналогично меняет только максимальное значение:

Цветовые схемы

Цветовая схема — именованная палитра, используемая как выходной диапазон шкалы канала color. Vega-Lite через Vega предоставляет набор схем, разработанных с учётом особенностей восприятия. Многие взяты из проектов d3-scale, d3-scale-chromatic и ColorBrewer.

По умолчанию Vega-Lite выбирает разные цветовые схемы по типу кодируемого поля:

• Номинальные поля используют именованный диапазон category, по умолчанию — схему tableau10:

• Порядковые поля используют именованный диапазон ordinal, по умолчанию — схему blues:

• Количественные и временные поля используют именованный диапазон heatmap (по умолчанию — yellowgreenblue) для прямоугольников и ramp (по умолчанию — blues) для других примитивов:

Палитру можно изменить тремя способами.

1. Указать собственную scheme

Можно сослаться на существующую цветовую схему. Например, следующая диаграмма использует "category20b":

Вместо строки scheme может быть объектом:

2. Передать массив допустимых строк цветов CSS в range

3. Изменить схемы по умолчанию через конфигурацию диапазонов

Подробнее — в конфигурации диапазонов.

Общие свойства шкал

Кроме типа, области данных и диапазона, любая шкала поддерживает:

Непрерывные шкалы

Непрерывная шкала переводит непрерывные числа или даты в непрерывный диапазон позиций, размеров или цветов. Для количественных полей доступны linear, log, pow, sqrt и symlog; для временных — time, utc и, при необходимости, symlog. По умолчанию используются linear и time соответственно.

Дополнительные свойства непрерывной шкалы:

Линейная шкала

"linear" сохраняет пропорциональные расстояния между числами. Результат имеет вид y = mx + b, где x — значение данных.

Степенная шкала

Степенная шкала ("pow") применяет степенное преобразование входного значения перед вычислением выхода. Значение выходного диапазона y выражается функцией входного x: y = mxᵏ + b, где k — exponent. Поддерживаются отрицательные значения области данных: в этом случае входное значение и полученное выходное значение умножаются на −1.

Квадратнокорневая шкала

"sqrt" — сокращение для степенной шкалы с exponent: 0.5.

Логарифмическая шкала

Логарифмическая шкала ("log") применяет логарифмическое преобразование входного значения перед вычислением выхода. Она особенно полезна для данных, различающихся на несколько порядков величины. Отображение можно представить как y = m logₐ(x) + b, где a — основание base.

Поскольку log(0) = −∞, область данных должна быть строго положительной или строго отрицательной: она не должна включать или пересекать ноль. Положительная область определяет поведение для положительных значений, отрицательная — для отрицательных; в последнем случае входные и выходные значения неявно умножаются на −1. Поведение не определено, если передать отрицательное значение шкале с положительной областью или наоборот.

Пример логарифмической шкалы y:

Симметричная логарифмическая шкала

Симметричная логарифмическая шкала ("symlog") даёт масштабирование, похожее на логарифмическое, но допускает неположительные числа. Она особенно полезна для данных, различающихся на несколько порядков величины и включающих отрицательные значения или ноль. Подробнее — в работе Уэббера «A bi-symmetric log transformation for wide-range data».

Временная шкала и UTC

Шкалы "time" и "utc" — непрерывные шкалы с временной областью данных. Входными значениями считаются объекты JavaScript Date или временные метки. time использует текущий местный часовой пояс, а utc — координированное всемирное время UTC.

Кусочная и расходящаяся шкала

Любой тип непрерывной шкалы — linear, pow, sqrt, log, symlog, time или utc — позволяет создать расходящуюся цветовую диаграмму, если задать domain с несколькими значениями.

Если задан range, число его элементов должно совпадать с числом элементов domain. В качестве диапазона кусочной шкалы также подходят расходящиеся цветовые схемы.

Дискретные шкалы

Дискретная шкала сопоставляет отдельные значения области данных с отдельными или непрерывными выходными позициями.

Порядковая шкала

"ordinal" работает как таблица соответствий между дискретными значениями и цветами, формами или другими видимыми значениями. Vega-Lite использует её по умолчанию для каналов color и shape. Здесь поле Origin одновременно сопоставлено с набором цветов и форм:

Можно задать массив range, соответствующий элементам domain. Изменение порядка в любом из них меняет сопоставление. Для цвета доступна и собственная scheme.

Полосовая и точечная шкалы

"band" и "point" принимают дискретные значения, но размещают их вдоль непрерывного числового диапазона, например в пикселях.

Полосовая шкала делит выходной диапазон на равномерные полосы. Она обычно используется для столбцов с категориальной осью. Размер всей области можно задать явно, например [0, 500], или указать фиксированный шаг между полосами. В последнем случае итоговая ширина зависит от числа категорий.

Иллюстрация из документации d3-scale показывает работу полосовой шкалы:

Точечная шкала похожа на полосовую, но внутренняя ширина каждой полосы равна нулю. Она часто применяется в диаграммах рассеяния с дискретной осью. Её диапазон также задаётся границами или шагом {"step": 20}.

Иллюстрация из документации d3-scale показывает работу точечной шкалы:

Для номинальных и порядковых полей в каналах положения (x, y) Vega-Lite выбирает полосовые шкалы для столбцов и прямоугольников. Как указано в таблице типов шкал, это также относится к изображениям и отрезкам; для остальных примитивов и каналов size и opacity по умолчанию используются точечные шкалы. Пример полосовой шкалы x:

Шаг полосовой шкалы можно изменить свойством step в ширине или высоте представления. Сравните фиксированную ширину и ширину на каждый дискретный шаг:

Полосовые и точечные шкалы дополнительно поддерживают:

Шкалы с дискретизацией

Такие шкалы делят непрерывную область данных на отрезки и присваивают каждому отдельное видимое значение.

Интервальная линейная шкала

"bin-linear" применяется к количественным полям после разбиения на интервалы, чтобы корректно создавать подписи легенды. Vega-Lite всегда выбирает её для интервального поля в каналах размера и прозрачности:

Интервальная порядковая шкала

"bin-ordinal" также обеспечивает правильные подписи интервалов. Она всегда используется для интервального количественного поля в канале цвета:

Как и у порядковой цветовой шкалы, можно задать собственный range или scheme. Кроме того, свойство bins задаёт границы интервалов области данных.

Параметры интервалов

Объект параметров интервалов свойства bins поддерживает следующие свойства:

Примечание: исходная таблица ошибочно запрашивает bins у ScaleBinParams. В актуальной схеме объект содержит step, start и stop, приведённые выше.

Квантильная шкала

"quantile" строит дискретный диапазон по квантилям исходной выборки. Область данных воспринимается как непрерывная, хотя задаётся набором наблюдений. Шкала сортирует значения и делит их на группы примерно с одинаковым числом записей. Число выходных значений определяет число групп; если range не указан, создаются четыре квартиля.

Квантильные шкалы особенно полезны для кодирования цветом или размером с фиксированным числом выходных значений. Дискретный набор уровней, обычно от 5 до 9 цветов или размеров, иногда позволяет точнее сравнивать значения, чем непрерывный диапазон. Группы получают примерно одинаковое число записей. Квантизующие шкалы, напротив, равномерно делят входную область и не гарантируют равномерного распределения точек по выходным визуальным значениям.

Квантизующая шкала

Квантизующие шкалы ("quantize") похожи на линейные, но используют дискретный выходной диапазон. Непрерывная область делится на равные по ширине интервалы по числу выходных значений. Каждое значение y можно выразить квантованной линейной функцией входного x: y = m round(x) + b. Если range не задан, по умолчанию используются четыре равномерных интервала.

Эти шкалы особенно полезны для кодирования цветом или размером с фиксированным числом уровней. Дискретный набор, обычно от 5 до 9 цветов или размеров, иногда позволяет точнее сравнивать значения, чем непрерывный диапазон. Квантильные шкалы, напротив, создают группы с равным числом элементов, а не с равной шириной интервала.

Здесь также доступны свойства nice и zero для округления границ и включения нуля:

Пороговая шкала

"threshold" делит непрерывную область по произвольным порогам, а не по равным интервалам. Массив domain с N порогами обязателен; массив range должен содержать N + 1 выходное значение.

Отключение шкалы

scale: null передаёт значение данных непосредственно в видимое свойство. Например, если данные уже содержат имена цветов, их можно использовать без цветовой шкалы:

Настройка шкал по умолчанию

// Спецификация представления верхнего уровня
{
  ...,
  "config": {
    "scale": {
      ...                       // Конфигурация шкал
    },
    "range": {
      ...                       // Конфигурация диапазонов шкал
    },
    ...
  },
  ...
}

config.scale

Конфигурация config: {scale: {...}} задаёт общую тему всех шкал и может содержать следующие свойства.

Отступы

Выходной диапазон

Выход шкалы для некорректных значений

Другие свойства

config.range

Конфигурация config: {range: {...}} задаёт именованные диапазоны шкал. Ключи — имена диапазонов; значения — допустимые определения range, а для именованных цветовых диапазонов — определения схем Vega.

По умолчанию Vega-Lite через Vega предоставляет следующие именованные диапазоны:

Значения именованных диапазонов по умолчанию приведены в исходном файле vega-parser/src/config.js проекта Vega.