專利引證分析的集成可視化方法

沈陽工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張勝男 麻曉翠

專利引證分析的集成可視化方法

沈陽工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張勝男 麻曉翠

引證分析是專利分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容。針對(duì)大型層次數(shù)據(jù)在有限顯示區(qū)域內(nèi)的可視化問題，提出了一種基于改進(jìn)Hyperbolic tree的專利引證分析的集成可視化方法。將傳統(tǒng)的 Hyperbolic tree 和魚眼技術(shù)相結(jié)合，提高了空間的利用率，同時(shí)輔以一系列的交互手段有效地解決了可視化區(qū)域節(jié)點(diǎn)遮擋，細(xì)節(jié)信息展示能力有限等問題。

專利引證分析；可視化；Hyperbolic tree

引言

專利引證分析是指對(duì)專利的引用和被引用情況進(jìn)行分析，是專利分析中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過研究專利之間的引證關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)特定領(lǐng)域中的核心專利、技術(shù)趨勢(shì)，以及潛在的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手[1]。由于專利信息數(shù)據(jù)量巨大，專利分析必須借助專業(yè)化的可視化分析工具。

現(xiàn)有的專利引證分析工具通常采用層次樹或Hyperbolic tree進(jìn)行分析結(jié)果的呈現(xiàn)[2]。然而，隨著專利數(shù)據(jù)的不斷增長(zhǎng)，專利引證分析可視化技術(shù)變得越來越具有挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的Hyperbolic tree可視化方法在引證分析方面存在多級(jí)專利信息揭示能力有限、節(jié)點(diǎn)密集區(qū)域存在遮擋、相關(guān)的專利細(xì)節(jié)信息的展示能力有限幾方面的問題，因此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)集成可視化模型，將Hyperbolic tree 和魚眼技術(shù)，以及其他可視化技術(shù)相結(jié)合。集成后的可視化模型既可以揭示引證信息的整體布局，又可以顯示局部節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)信息。

1.Hyperbolic tree

Hyperbolic tree基于雙曲平面顯示層次結(jié)構(gòu)信息，不僅可以揭示整個(gè)樹的層次結(jié)構(gòu)，還可以把當(dāng)前用戶關(guān)注的部分用更多的空間來展示。Hyperbolic tree 技術(shù)主要由布局、映射和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移這三部分構(gòu)成。其中，布局指依據(jù)遞歸運(yùn)算將樹形圖的根結(jié)點(diǎn)設(shè)在雙曲空間的中心，然后將根結(jié)點(diǎn)周圍的扇形區(qū)域按照前述遞歸方法平均分給其子結(jié)點(diǎn)，以此類推可以保證每個(gè)結(jié)點(diǎn)的不重疊。映射是指用龐萊卡投影將雙曲平面映射到歐幾里得平面。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移的是指平滑的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，提供信息導(dǎo)航功能。Hyperbolic tree 技術(shù)實(shí)現(xiàn)示意圖如圖1所示。

圖1 Hyperbolic tree技術(shù)實(shí)現(xiàn)示意圖

2 改進(jìn)的Hyperbolic tree可視化模型

2.1 可視化布局

該模型的布局是將傳統(tǒng)的Hyperbolic tree和魚眼技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。魚眼技術(shù)是基于人類視覺觀察特性來設(shè)計(jì)的，可以將聚焦節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放大的同時(shí)縮小周邊節(jié)點(diǎn)，這樣既可以突出重點(diǎn)信息，也能夠揭示信息的上下文關(guān)系。

將根節(jié)點(diǎn)置于整個(gè)顯示區(qū)間的中央位置，而其他層次節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算其相對(duì)于根節(jié)點(diǎn)位置的重要度來進(jìn)行顯示，從而讓不同層次節(jié)點(diǎn)所占的空間沿著徑向逐漸縮小。采用這種布局首先使得層次眾多、容量巨大的樹形結(jié)構(gòu)置入有限區(qū)域?yàn)g覽成為可能。其次，根節(jié)點(diǎn)放置在視圖中央，分支依次呈放射狀展開，并按照樹的層級(jí)逐次減少分支的細(xì)節(jié)表達(dá)程度，用戶可以轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)樹調(diào)整被顯示的區(qū)域。處在區(qū)域中心的部分顯示較多細(xì)節(jié)，處在邊緣的部分細(xì)節(jié)被省略。這樣不但可以解決多級(jí)專利信息揭示能力有限問題，而且還能將聚集節(jié)點(diǎn)放大的同時(shí)縮小周邊節(jié)點(diǎn)，將更多的空間用來顯示當(dāng)前被關(guān)注的區(qū)域，很大程度得提高了空間的利用率。

2.2 可視化交互

專利引證可視化模型的另一核心要素是用戶交互。交互式是用戶通過與系統(tǒng)間的對(duì)話和互動(dòng)來操縱與理解數(shù)據(jù)的過程。本文根據(jù)需求，在改進(jìn)的Hyperbolic tree中加入了6可視化交互方式。

(1)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移：使用者可以通過點(diǎn)擊Hyperbolic tree中任一層次的節(jié)點(diǎn)將所關(guān)注節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到圓形顯示區(qū)域的中心，處于中心的節(jié)點(diǎn)將被分配最大的區(qū)域，隨著引證級(jí)別的加深，被分配的區(qū)域越來越小。

(2)視圖切換：用戶可以調(diào)整樹的層次結(jié)構(gòu)，將原始樹變?yōu)楹?jiǎn)單的樹形結(jié)構(gòu)，從而有效地隱藏節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息。

(3)視點(diǎn)控制：以互不遮擋為原則，節(jié)點(diǎn)可在縮略顯示和全名顯示之間進(jìn)行切換顯示。

(4)細(xì)節(jié)顯示：在縱覽整體信息的情況下，交互式地選擇一部分?jǐn)?shù)據(jù)來對(duì)其進(jìn)行特殊顯示，便于用戶確定感興趣專利的引證脈絡(luò)。

(5)Brushing：通過鼠標(biāo)停留顯示該節(jié)點(diǎn)信息的具體細(xì)節(jié)。

(6)投影參數(shù)設(shè)置：用戶根據(jù)自己的需要定向的改變不同層次節(jié)點(diǎn)之間的距離，為不同的層次分配不同的顯示區(qū)間，從而達(dá)到重點(diǎn)突出，周邊兼顧的視覺效果。

2.3 多視圖表達(dá)

傳統(tǒng)的Hyperbolic tree中信息分析層次一般只能達(dá)到2級(jí)。為進(jìn)一步展示節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)信息，本模型中同時(shí)使用overview和detail兩種窗口，前者可以為用戶提供整體的專利引證數(shù)據(jù)，便于用戶對(duì)全局信息的大體判斷，后者支持深挖細(xì)節(jié)，為此在detail窗口中添加了柱狀圖、折線圖、餅狀圖。多視圖中不同的可視化表達(dá)，方便了用戶觀察數(shù)據(jù)的不同屬性。

圖2 Hyperbolic tree交互式表達(dá)

3.可視化示例

以美國(guó)專利為背景，以新能源汽車為研究對(duì)象，檢索出2004年至2014年的專利及其引文數(shù)據(jù)。部分Hyperbolic tree交互式表達(dá)如圖2所示。

通過上述集成可視化方式，可以分析新能源汽車領(lǐng)域的專利布局，例如，查看專利被引情況、發(fā)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、查看公司的專利布局、發(fā)現(xiàn)核心專利等。

4.結(jié)語

專利引證分析的集成可視化模型結(jié)合了Hyperbolic tree和其他可視化技術(shù)，不僅解決了傳統(tǒng)層次數(shù)據(jù)可視化中存在的多級(jí)專利信息揭示能力有限、節(jié)點(diǎn)密集區(qū)域存在遮擋、相關(guān)的專利細(xì)節(jié)信息的展示能力有限問題，而且使檢索結(jié)果表達(dá)得更加清晰和豐富。本文方法可以應(yīng)用在其他大型層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的可視化中。

[1]張兆鋒,桂婕,喬曉東,等.專利引證分析工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)字圖書館論壇,2010(9):20-25.

[2]劉玉琴,彭茂祥.美國(guó)專利引證可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2012,48(22):34-40.

[3]李志龍,陳誼,趙建宇,等.基于雙曲樹的農(nóng)產(chǎn)品分類信息可視化方法[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015,32(2):436-440.

遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（L2014049）。