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数据可视化工具d3_前端3d可视化

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数据可视化工具d3_前端3d可视化可视化工具D3教程第1章D3简介第2章第一个程序HelloWorld第3章正式进入D3的世界第4章选择、插入、删除元素第5章做一个简单的图表第6章比例尺的使用第7章坐标轴第8章完整的柱形图第9章让图表动起来第10章理解update()、enter()、exit()第11章交互式操作第12章布局第13章饼状图第14章力导向图第15章树状图第16章地图可视化学习D……

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可视化工具D3教程

第1章 D3简介

D3
近年来，可视化越来越流行，许多报刊杂志、门户网站、新闻媒体都大量使用可视化技术，使得复杂的数据和文字变得十分容易理解，有一句谚语“一张图片价值于一千个字”。D3 正是数据可视化工具中的佼佼者，基于 JavaScript 开发，项目托管于 GitHub。从 D3诞生以来，不断受到好评，在 GitHub 上的项目仓库排行榜也不断上升。可视化越来越流行，许多报刊杂志、门户网站、新闻、媒体都大量使用可视化技术，使得复杂的数据和文字变得十分容易理解，有一句谚语“一张图片价值于一千个字”，的确是名副其实。各种数据可视化工具也如井喷式地发展，D3 正是其中的佼佼者。D3 的全称是（Data-Driven Documents），顾名思义可以知道是一个被数据驱动的文档。听名字有点抽象，说简单一点，其实就是一个 JavaScript 的函数库，主要是用来做数据可视化。

学习D3前的预备知识

  • HTML：超文本标记语言，用于设定网页的内容
  • CSS：层叠样式表，用于设定网页的样式
  • JavaScript：一种直译式脚本语言，用于设定网页的行为
  • DOM：文档对象模型，用于修改文档的内容和结构
  • SVG：可缩放矢量图形，用于绘制可视化的图形

D3“安装”

D3 是一个 JavaScript 函数库，并不需要通常所说的“安装”。它只有一个文件，在 HTML 中引用即可。目前D3已经更新到V5版本。因为原理是差不多的，所以仍然以V3版本为例作讲解。

  • 下载D3.js文件 D3.zip

  • 加载D3.js文件

<script src="http://d3js.org/d3.v3.min.js" charset="utf-8"></script>//直接包含网络的链接

<script src="xxxx/d3.v3.min.js" charset="utf-8"></script>//加载本地文件

第2章 第一个程序 Hello World

1.在HTML 中输出 HelloWorld

	<html> 
  	<head> 
    <meta charset="utf-8"> 
    <title>HelloWorld</title> 
  	</head> 
    <body> 
    	<p>Hello World</p>
    </body> 
	</html>

输出结果

    Hello World

2.用JS更改Hello World

    <html> 
    <head> 
            <meta charset="utf-8"> 
            <title>HelloWorld</title> 
    </head> 
        <body> 
        <p>Hello World</p>
         <script>
         var paragraphs = document.getElementsByTagName("p");
         paragraphs[0].innerHTML = "SWUSTVIS";
         </script> 
        </body> 
    </html>

输出结果

    SWUSTVIS

3.用D3更改Hello World


    <html> 
      <head> 
            <meta charset="utf-8"> 
            <title>HelloWorld</title> 
            <script src="http://d3js.org/d3.v3.min.js" charset="utf-8"></script> 
      </head>
      <body>
           <p>Hello World</p>
           <script>  
           d3.select("body").select("p").text("SWUSTVIS");      
           </script> 
      </body> 
    </html>

输出结果

    SWUSTVIS

第3章 正式进入D3的世界

选择元素和绑定数据是 D3 最基础的内容，本章将对其进行一个简单的介绍。
在这里插入图片描述

  1. 选择集

在 D3 中，用于选择元素的函数有两个，这两个函数返回的结果称为选择集。
d3.select()：选择所有指定元素的第一个
d3.selectAll()：选择指定全部元素

例如，选择集的常见用法如下。

    var body = d3.select("body"); //选择文档中的body元素
    var p1 = body.select("p");      //选择body中的第一个p元素
    var p = body.selectAll("p");    //选择body中的所有p元素
    var svg = body.select("svg");   //选择body中的svg元素
    var rects = svg.selectAll("rect");  //选择svg中所有的rect元素
    var id = body.select("#id"); //选择body中id元素
    var class = body.select(".class");//选择body中class类元素

选择元素函数后常用链式表达接其他操作，如：

d3.select("#id").text("SWUSTVIS").attr("font-size","12px");
  1. 绑定数据

选择集和绑定数据通常是一起使用的，D3 中是通过以下两个函数来绑定数据的：
datum()：绑定一个数据到选择集上
data()：绑定一个数组到选择集上，数组的各项值分别与选择集的各元素绑定

假设现在有三个段落元素如下：

<p></p>
<p></p>
<p></p>

对于datum():
假设有一字符串 SWUSTVIS，要将此字符串分别与三个段落元素绑定，代码如下：

var str = "SWUSTVIS";
var body = d3.select("body");
var p = body.selectAll("p");
p.datum(str);
p.text(function(d, i){
    return "第 "+ i + " 个元素绑定的数据是 " + d;
});

绑定数据后，使用此数据来修改三个段落元素的内容，其结果如下：

第 0 个元素绑定的数据是 SWUSTVIS
第 1 个元素绑定的数据是 SWUSTVIS
第 2 个元素绑定的数据是 SWUSTVIS

对于data():

有一个数组，接下来要分别将数组的各元素绑定到三个段落元素上。

I love three things in this world.Sun, moon and you. Sun for morning, moon for night, and you forever.

var dataset = ["sun","moon","you"];

调用 data() 绑定数据，并替换三个段落元素的字符串为被绑定的字符串，代码如下：

var body = d3.select("body");
var p = body.selectAll("p");

p.data(dataset)
  .text(function(d, i){
      return "I love " + d;
  });

结果自然是三个段落的文字分别变成了数组的三个字符串。

I love sun

I love moon

I love you

前面代码也用到了一个无名函数 function(d, i)，其对应的情况如下：

d ------- data    数据
i ------- index   索引

当 i == 0 时， d 为 sun。
当 i == 1 时， d 为 moon。
当 i == 2 时， d 为 you。

此时，三个段落元素与数组 dataset 的三个字符串是一一对应的，在函数 function(d, i) 直接 return d 即可。

第4章 选择、插入、删除元素

在这里插入图片描述
1.选择元素
假设在 body 中有三个段落元素：

<p>Sun</p>
<p>Moon</p>
<p>You</p>

现在，要分别完成以下四种选择元素的任务。

选择第一个元素

d3.select("body").select("p").style("color","red");

在这里插入图片描述
选择第所有元素

d3.select("body").selectAll("p").style("color","red");

在这里插入图片描述
选择第二个元素

方法很多，一种比较简单的是给第二个元素添加一个 id 号。

<p id="moon">Moon</p>
-------------------------------------
d3.select("#moon").style("color","red");

在这里插入图片描述
选择后两个元素

给后两个元素添加 class，

<p class="myclass">Moon</p>
<p class="myclass">You</p>

由于需要选择多个元素，要用 selectAll。

d3.selectAll(".myclass").style("color","red");

在这里插入图片描述
2.插入元素

插入元素涉及的函数有两个：

  • append()：在选择集末尾插入元素
  • insert()：在选择集前面插入元素

假设有三个段落元素，与上文相同。

append()

d3.select("body").append("p").text("Star");

在这里插入图片描述
insert()

d3.select("body").insert("p","#moon").text("Star");

在这里插入图片描述
3.删除元素

删除一个元素时，对于选择的元素，使用 remove 即可。

  • remove()
d3.select("#moon").remove();

在这里插入图片描述

第5章 做一个简单的图表

柱形图是一种最简单的可视化图标，主要有矩形、文字标签、坐标轴组成。为简单起见，只绘制矩形的部分，用以讲解如何使用 D3 在 SVG 画布中绘图。

画布是什么

之前处理对象都是 HTML 的文字，没有涉及图形的制作。要绘图，首要需要的是一块绘图的“画布”。HTML 5 提供两种强有力的“画布”：SVG 和 Canvas。

SVG 绘制的是矢量图，因此对图像进行放大不会失真，可以为每个元素添加 JavaScript 事件处理器。每个图形均视为对象，更改对象的属性，图形也会改变。要注意，在 SVG 中，x 轴的正方向是水平向右，y 轴的正方向是垂直向下的。

SVG
在 canvas 中，一旦图形被绘制完成，它就不会继续得到浏览器的关注。如果其位置发生变化，那么整个场景也需要重新绘制，包括任何或许已被图形覆盖的对象。

添加画布

D3 虽然没有明文规定一定要在 SVG 中绘图，但是 D3 提供了众多的 SVG 图形的生成器，它们都是只支持 SVG 的。因此，建议使用 SVG 画布。

使用 D3 在 body 元素中添加 svg 的代码如下。

var width = 300;  //画布的宽度
var height = 300;   //画布的高度

var svg = d3.select("body")     //选择文档中的body元素
    .append("svg")          //添加一个svg元素
    .attr("width", width)       //设定宽度
    .attr("height", height);    //设定高度

有了画布，接下来就可以在画布上作图了。

绘制矩形

绘制一个横向的柱形图。只绘制矩形，不绘制文字和坐标轴。在 SVG 中，矩形的元素标签是 rect。
例如：

<svg>
<rect></rect>
<rect></rect>
</svg>

矩形的属性，常用的有四个：

x：矩形左上角的 x 坐标
y：矩形左上角的 y 坐标
width：矩形的宽度
height：矩形的高度

现在给出一组数据，要对此进行可视化。

var dataset = [ 250 , 210 , 170 , 130 , 90 ];  //数据（表示矩形的宽度）

var width = 300;  //画布的宽度
var height = 300;   //画布的高度

var svg = d3.select("body")     //选择文档中的body元素
    .append("svg")          //添加一个svg元素
    .attr("width", width)       //设定宽度
    .attr("height", height);    //设定高度
    
var rectHeight = 25;   //每个矩形所占的像素高度(包括空白)

svg.selectAll("rect")
    .data(dataset)
    .enter()
    .append("rect")
    .attr("x",20)
    .attr("y",function(d,i){
         return i * rectHeight;
    })
    .attr("width",function(d){
         return d;
    })
    .attr("height",rectHeight-2)
    .attr("fill","steelblue");

在这里插入图片描述
PS：横向变纵向？

svg.selectAll("rect")
    .data(dataset)
    .enter()
    .append("rect")
    .attr("y",function(d,i){
         return height - d;
    })
    .attr("x",function(d,i){
         return i * rectHeight;
    })
    .attr("height",function(d){
         return d;
    })
    .attr("width",rectHeight-2)
    .attr("fill","steelblue");

在这里插入图片描述
PS：上面的例子是值和像素大小是一样的，那么就会出现一个问题（引入比例尺）。

第6章 比例尺的使用

比例尺是 D3 中很重要的一个概念，上一章里曾经提到过直接用数值的大小来代表像素不是一种好方法，本章正是要解决此问题。
在这里插入图片描述
为什么需要比例尺

上一章制作了一个柱形图，当时有一个数组：

var dataset = [ 250 , 210 , 170 , 130 , 90 ];

绘图时，直接使用 250 给矩形的宽度赋值，即矩形的宽度就是 250 个像素。此方式非常具有局限性，如果数值过大或过小，例如：

var dataset_1 = [ 2.5 , 2.1 , 1.7 , 1.3 , 0.9 ];
var dataset_2 = [ 2500, 2100, 1700, 1300, 900 ];

对以上两个数组，绝不可能用 2.5 个像素来代表矩形的宽度，那样根本看不见；也不可能用 2500 个像素来代表矩形的宽度，因为画布没有那么长。于是，我们需要一种计算关系，能够将某一区域的值映射到另一区域，其大小关系不变，这就是比例尺（Scale）。

有哪些比例尺

比例尺，很像数学中的函数。例如，对于一个一元二次函数，有 x 和 y 两个未知数，当 x 的值确定时，y 的值也就确定了。在数学中，x 的范围被称为定义域，y 的范围被称为值域。D3 中的比例尺，也有定义域和值域，分别被称为 domain 和 range。开发者需要指定 domain 和 range 的范围，如此即可得到一个计算关系。

D3 提供了多种比例尺，下面介绍最常用的两种。

  • 线性比例尺
    线性比例尺，能将一个连续的区间，映射到另一区间。要解决柱形图宽度的问题，就需要线性比例尺。假设有以下数组：
var dataset = [1.2, 2.3, 0.9, 1.5, 3.3];

现有要求如下：

将 dataset 中最小的值，映射成 0；将最大的值，映射成 300。代码如下：

var min = d3.min(dataset);
var max = d3.max(dataset);

var linear = d3.scale.linear()
        .domain([min, max])
        .range([0, 300]);

linear(0.9);    //返回 0
linear(2.3);    //返回 175
linear(3.3);    //返回 300

其中，d3.scale.linear() 返回一个线性比例尺。domain() 和 range() 分别设定比例尺的定义域和值域。在这里还用到了两个函数，它们经常与比例尺一起出现：

d3.max()
d3.min()

这两个函数能够求数组的最大值和最小值，是 D3 提供的。按照以上代码，

比例尺的定义域 domain 为：[0.9, 3.3]

比例尺的值域 range 为：[0, 300]

因此，当输入 0.9 时，返回 0；当输入 3.3 时，返回 300。当输入 2.3 时呢？返回 175，这是按照线性函数的规则计算的。有一点请大家记住：d3.scale.linear() 是可以当做函数来使用的，才有这样的用法：linear(0.9)。

  • 序数比例尺
    有时候，定义域和值域不一定是连续的。例如，有两个数组：
    var index = [0, 1, 2, 3, 4];
    var color = ["red", "blue", "green", "yellow", "black"];

我们希望 0 对应颜色 red，1 对应 blue，依次类推。

但是，这些值都是离散的，线性比例尺不适合，需要用到序数比例尺。

var ordinal = d3.scale.ordinal()
        .domain(index)
        .range(color);

ordinal(0); //返回 red
ordinal(2); //返回 green
ordinal(4); //返回 black

用法与线性比例尺是类似的。

给柱形图添加比例尺

在上一章的基础上，修改一下数组，再定义一个线性比例尺。

var dataset = [ 2.5 , 2.1 , 1.7 , 1.3 , 0.9 ];

var linear = d3.scale.linear()
        .domain([0, d3.max(dataset)])
        .range([0, 250]);

var rectHeight = 25;   //每个矩形所占的像素高度(包括空白)

svg.selectAll("rect")
    .data(dataset)
    .enter()
    .append("rect")
    .attr("x",20)
    .attr("y",function(d,i){
         return i * rectHeight;
    })
    .attr("width",function(d){
         return linear(d);   //在这里用比例尺
    })
    .attr("height",rectHeight-2)
    .attr("fill","steelblue");

如此一来，所有的数值，都按照同一个线性比例尺的关系来计算宽度，因此数值之间的大小关系不变。
在这里插入图片描述

第7章 坐标轴

坐标轴，是可视化图表中经常出现的一种图形，由一些列线段和刻度组成。坐标轴在 SVG 中是没有现成的图形元素的，需要用其他的元素组合构成。D3 提供了坐标轴的组件，如此在 SVG 画布中绘制坐标轴变得像添加一个普通元素一样简单。

定义坐标轴

上一章提到了比例尺的概念，要生成坐标轴，需要用到比例尺，它们二者经常是一起使用的。下面，在上一章的数据和比例尺的基础上，添加一个坐标轴的组件。

//数据
var dataset = [ 2.5 , 2.1 , 1.7 , 1.3 , 0.9 ];
//定义比例尺
var linear = d3.scale.linear()
      .domain([0, d3.max(dataset)])
      .range([0, 250]);

var axis = d3.svg.axis() //坐标轴组件
     .scale(linear)      //指定比例尺
     .orient("bottom")   //指定刻度的方向
     .ticks(7);          //指定刻度的数量

在 SVG 中添加坐标轴

定义了坐标轴之后，只需要在 SVG 中添加一个分组元素 ，再将坐标轴的其他元素添加到组里即可。代码如下：

svg.append("g").call(axis);

在这里插入图片描述
设定坐标轴的样式和位置

默认的坐标轴样式不太美观，下面提供一个常见的样式：

<style>
.axis path,
.axis line{
    fill: none;
    stroke: black;
    shape-rendering: crispEdges;
}

.axis text {
    font-family: sans-serif;
    font-size: 11px;
}
</style>

分别定义了类 axis 下的 path、line、text 元素的样式。接下来，只需要将坐标轴的类设定为 axis 即可。

坐标轴的位置，可以通过 transform 属性来设定。

通常在添加元素的时候就一并设定，写成如下形式：

svg.append("g")
  .attr("class","axis")
  .attr("transform","translate(20,130)")
  .call(axis);

在这里插入图片描述

第8章 完整的柱形图

一个完整的柱形图包含三部分：矩形、文字、坐标轴。本章将对前几章的内容进行综合的运用，制作一个实用的柱形图，内容包括：选择集、数据绑定、比例尺、坐标轴等内容。

在这里插入图片描述
添加 SVG 画布

//画布大小
var width = 400;
var height = 400;

//在 body 里添加一个 SVG 画布   
var svg = d3.select("body")
    .append("svg")
    .attr("width", width)
    .attr("height", height);

//画布周边的空白
 var padding = {left:30, right:30, top:20, bottom:20};

定义数据和比例尺

//定义一个数组
var dataset = [10, 20, 30, 40, 33, 24, 12, 5];

//x轴的比例尺
var xScale = d3.scale.ordinal()
    .domain(d3.range(dataset.length))
    .rangeRoundBands([0, width - padding.left - padding.right]);

//y轴的比例尺
var yScale = d3.scale.linear()
    .domain([0,d3.max(dataset)])
    .range([height - padding.top - padding.bottom, 0]);

定义坐标轴

//定义x轴
var xAxis = d3.svg.axis()
    .scale(xScale)
    .orient("bottom");

//定义y轴
var yAxis = d3.svg.axis()
    .scale(yScale)
    .orient("left");

添加矩形和文字元素

//矩形之间的空白
var rectPadding = 4;

//添加矩形元素
var rects = svg.selectAll(".MyRect")
        .data(dataset)
        .enter()
        .append("rect")
        .attr("class","MyRect")
        .attr("transform","translate(" + padding.left + "," + padding.top + ")")
        .attr("x", function(d,i){
            return xScale(i) + rectPadding/2;
        } )
        .attr("y",function(d){
            return yScale(d);
        })
        .attr("width", xScale.rangeBand() - rectPadding )
        .attr("height", function(d){
            return height - padding.top - padding.bottom - yScale(d);
        })
        .attr("fill","steelblue");

//添加文字元素
var texts = svg.selectAll(".MyText")
        .data(dataset)
        .enter()
        .append("text")
        .attr("class","MyText")
        .attr("transform","translate(" + padding.left + "," + padding.top + ")")
        .attr("x", function(d,i){
            return xScale(i) + rectPadding/2;
        } )
        .attr("y",function(d){
            return yScale(d);
        })
        .attr("dx",function(){
            return (xScale.rangeBand() - rectPadding)/2;
        })
        .attr("dy",function(d){
            return 20;
        })
        .text(function(d){
            return d;
        })			
        .style({
		"fill":"#FFF",
		"text-anchor":"middle"
		});

添加坐标轴的元素

//添加x轴
svg.append("g")
  .attr("class","axis")
  .attr("transform","translate(" + padding.left + "," + (height - padding.bottom) + ")")
  .call(xAxis); 

//添加y轴
svg.append("g")
  .attr("class","axis")
  .attr("transform","translate(" + padding.left + "," + padding.top + ")")
  .call(yAxis);

在这里插入图片描述

第9章 让图表动起来

D3 支持制作动态的图表。有时候，图表的变化需要缓慢的发生，以便于让用户看清楚变化的过程。

什么是动态效果

前面几章制作的图表是一蹴而就地出现，然后绘制完成后不再发生变化的，这是静态的图表。动态的图表，是指图表在某一时间段会发生某种变化，可能是形状、颜色、位置等，而且用户是可以看到变化的过程的。

例如，有一个圆，圆心为 (100, 100)。现在我们希望圆的 x 坐标从 100 移到 300，并且移动过程在 2 秒的时间内发生。这种时候就需要用到动态效果，在 D3 里我们称之为过渡（transition）。

实现动态的方法

D3 提供了 4 个方法用于实现图形的过渡：从状态 A 变为状态 B。

  • transition() 启动过渡效果

其前后是图形变化前后的状态（形状、位置、颜色等等），例如：

.attr("fill","red")         //初始颜色为红色
.transition()               //启动过渡
.attr("fill","steelblue")   //终止颜色为铁蓝色

D3 会自动对两种颜色（红色和铁蓝色）之间的颜色值（RGB值）进行插值计算，得到过渡用的颜色值。我们无需知道中间是怎么计算的，只需要享受结果即可。

  • duration() 指定过渡的持续时间，单位为毫秒。

如 duration(2000) ，指持续 2000 毫秒，即 2 秒。

  • ease()指定过渡的方式，常用的有：

linear：普通的线性变化
circle：慢慢地到达变换的最终状态
elastic：带有弹跳的到达最终状态
bounce：在最终状态处弹跳几次
调用时，格式形如： ease(“bounce”)。

  • delay() 指定延迟的时间，表示一定时间后才开始转变,此函数可以对整体指定延迟，也可以对个别指定延迟。

例如，对整体指定时：

.transition()
.duration(1000)
.delay(500)

如此，图形整体在延迟 500 毫秒后发生变化，变化的时长为 1000 毫秒。因此，过渡的总时长为1500毫秒。

又如，对一个一个的图形（图形上绑定了数据）进行指定时：

.transition()
.duration(1000)
.delay(funtion(d,i){
    return 200*i;
})

如此，假设有 10 个元素，那么第 1 个元素延迟 0 毫秒（因为 i = 0），第 2 个元素延迟 200 毫秒，第 3 个延迟 400 毫秒，依次类推….整个过渡的长度为 200 * 9 + 1000 = 2800 毫秒。

实现简单的动态效果

下面将在 SVG 画布里添加三个圆，圆出现之后，立即启动过渡效果。

第一个圆，要求移动 x 坐标。

var circle1 = svg.append("circle")
        .attr("cx", 100)
        .attr("cy", 100)
        .attr("r", 45)
        .style("fill","green");

//在1秒（1000毫秒）内将圆心坐标由100变为300
circle1.transition()
    .duration(1000)
    .attr("cx", 300);

第二个圆，要求既移动 x 坐标，又改变颜色。

var circle2 = svg.append("circle")
        .attr("cx", 100)
        .attr("cy", 100)
        .attr("r", 45)
        .style("fill","green");//与第一个圆一样，省略部分代码

//在1.5秒（1500毫秒）内将圆心坐标由100变为300，
//将颜色从绿色变为红色
circle2.transition()
    .duration(1500)
    .attr("cx", 300)
    .style("fill","red");

第三个圆，要求既移动 x 坐标，又改变颜色，还改变半径。

var circle3 = svg.append("circle")
        .attr("cx", 100)
        .attr("cy", 100)
        .attr("r", 45)
        .style("fill","green");

//在2秒（2000毫秒）内将圆心坐标由100变为300
//将颜色从绿色变为红色
//将半径从45变成25
//过渡方式采用bounce（在终点处弹跳几次）
circle3.transition()
    .duration(2000)
    .ease("bounce")
    .attr("cx", 300)
    .style("fill","red")
    .attr("r", 25);

给柱形图加上动态效果

在上一章完整柱形图的基础上稍作修改，即可做成一个带动态效果的、有意思的柱形图。在添加文字元素和矩形元素的时候，启动过渡效果，让各柱形和文字缓慢升至目标高度，并且在目标处跳动几次。

对于文字元素，代码如下：

.attr("y",function(d){
    var min = yScale.domain()[0];
    return yScale(min);
})
.transition()
.delay(function(d,i){
    return i * 200;
})
.duration(2000)
.ease("bounce")
.attr("y",function(d){
    return yScale(d);
});

文字元素的过渡前后，发生变化的是 y 坐标。其起始状态是在 y 轴等于 0 的位置（但要注意，不能在起始状态直接返回 0，要应用比例尺计算画布中的位置）。终止状态是目标值。

在这里插入图片描述

第10章 理解 update()、enter()、exit()

Update、Enter、Exit 是 D3 中三个非常重要的概念，它处理的是当选择集和数据的数量关系不确定的情况。
在这里插入图片描述
前几章里，反复出现了形如以下的代码。

svg.selectAll("rect")   //选择svg内所有的矩形
    .data(dataset)      //绑定数组
    .enter()            //指定选择集的enter部分
    .append("rect")     //添加足够数量的矩形元素
  • update()
    当对应的元素正好满足时 （ 绑定数据数量 = 对应元素 )，实际上并不存在这样一个函数，只是为了要与之后的 enter 和 exit 一起说明才想象有这样一个函数。但对应元素正好满足时，直接操作即可，后面直接跟 text ，style 等操作即可。
  • enter()
    当对应的元素不足时 （ 绑定数据数量 > 对应元素 ），当对应的元素不足时，通常要添加元素，使之与绑定数据的数量相等。后面通常先跟 append 操作。
  • exit()
    当对应的元素过多时 （ 绑定数据数量 < 对应元素 ），当对应的元素过多时，通常要删除元素，使之与绑定数据的数量相等。后面通常要跟 remove 操作。
    在这里插入图片描述

第11章 交互式操作

与图表的交互，指在图形元素上设置一个或多个监听器，当事件发生时，做出相应的反应。
在这里插入图片描述

什么是交互

交互，指的是用户输入了某种指令，程序接受到指令之后必须做出某种响应。对可视化图表来说，交互能使图表更加生动，能表现更多内容。例如，拖动图表中某些图形、鼠标滑到图形上出现提示框、用触屏放大或缩小图形等等。用户用于交互的工具一般有三种：鼠标、键盘、触屏。

如何添加交互
对某一元素添加交互操作十分简单，代码如下：

var circle = svg.append("circle");

circle.on("click", function(){
    //在这里添加交互内容
});

这段代码在 SVG 中添加了一个圆，然后添加了一个监听器，是通过 on() 添加的。在 D3 中，每一个选择集都有 on() 函数，用于添加事件监听器。

on() 的第一个参数是监听的事件，第二个参数是监听到事件后响应的内容，第二个参数是一个函数。

鼠标事件：

  • click：鼠标单击某元素时，相当于 mousedown 和 mouseup 组合在一起。
  • mouseover：光标放在某元素上。
  • mouseout：光标从某元素上移出来时。
  • mousemove：鼠标被移动的时候。
  • mousedown：鼠标按钮被按下。**
  • mouseup：鼠标按钮被松开。**
  • dblclick：鼠标双击。**

键盘事件：

  • keydown：当用户按下任意键时触发，按住不放会重复触发此事件。该事件不会区分字母的大小写，例如“A”和“a”被视为一致。
  • keypress：当用户按下字符键（大小写字母、数字、加号、等号、回车等）时触发，按住不放会重复触发此事件。该事件区分字母的大小写。
  • keyup：当用户释放键时触发，不区分字母的大小写。 触屏常用的事件有三个：

当某个事件被监听到时，D3 会把当前的事件存到 d3.event 对象，里面保存了当前事件的各种参数，如果需要监听到事件后立刻输出该事件，可以添加一行代码：
circle.on(“click”, function(){

console.log(d3.event);
});

带有交互的柱形图

将之前的柱形图部分代码修改成如下代码。

var rects = svg.selectAll(".MyRect")
        .data(dataset)
        .enter()
        .append("rect")
        .attr("class","MyRect")   //把类里的 fill 属性清空
        .attr("transform","translate(" + padding.left + "," + padding.top + ")")
        .attr("x", function(d,i){
            return xScale(i) + rectPadding/2;
        } )
        .attr("y",function(d){
            return yScale(d);
        })
        .attr("width", xScale.rangeBand() - rectPadding )
        .attr("height", function(d){
            return height - padding.top - padding.bottom - yScale(d);
        })
        .attr("fill","steelblue")       //填充颜色不要写在CSS里
        .on("mouseover",function(d,i){
            d3.select(this)
                .attr("fill","yellow");
        })
        .on("mouseout",function(d,i){
            d3.select(this)
                .transition()
                .duration(500)
                .attr("fill","steelblue");
        });

这段代码添加了鼠标移入（mouseover），鼠标移出（mouseout）两个事件的监听器。监听器函数中都使用了 d3.select(this)，表示选择当前的元素，this 是当前的元素，要改变响应事件的元素时这么写就好。

mouseover 监听器函数的内容为：将当前元素变为黄色

mouseout 监听器函数的内容为：缓慢地将元素变为原来的颜色（蓝色）

第12章 布局

布局，可以理解成 “制作常见图形的函数”，有了它制作各种相对复杂的图表就方便多了。

在这里插入图片描述
布局是什么

布局，英文是 Layout。从字面看，可以想到有“决定什么元素绘制在哪里”的意思。布局是 D3 中一个十分重要的概念。D3 与其它很多可视化工具不同，相对来说较底层，对初学者来说不太方便，但是一旦掌握了，就比其他工具更加得心应手。下图展示了 D3 与其它可视化工具的区别：
在这里插入图片描述
如何理解布局

从上面的图可以看到，布局的作用是：将不适合用于绘图的数据转换成了适合用于绘图的数据。因此，为了便于初学者理解，将布局的作用解释成：数据转换。

布局有哪些

D3 总共提供了 12 个布局：饼状图（Pie）、力导向图（Force）、弦图（Chord）、树状图（Tree）、集群图（Cluster）、捆图（Bundle）、打包图（Pack）、直方图（Histogram）、分区图（Partition）、堆栈图（Stack）、矩阵树图（Treemap）、层级图（Hierarchy）。

12 个布局中，层级图（Hierarchy）不能直接使用。集群图、打包图、分区图、树状图、矩阵树图是由层级图扩展来的。如此一来，能够使用的布局是 11 个（有 5 个是由层级图扩展而来）。这些布局的作用都是将某种数据转换成另一种数据，而转换后的数据是利于可视化的。

  • Bundle —捆图
    在这里插入图片描述
  • Chord — 弦图
    在这里插入图片描述
  • Cluster — 集群图
    在这里插入图片描述
  • Force —力学图、力导向图
    在这里插入图片描述
  • Histogram —- 直方图（数据分布图）
    在这里插入图片描述
  • Pack —- 打包图
    在这里插入图片描述
  • Partition —- 分区图
    在这里插入图片描述
  • Pie —- 饼状图
    在这里插入图片描述
  • Stack —- 堆栈图
    在这里插入图片描述
  • Tree —- 树状图
    在这里插入图片描述
  • Treemap —- 矩阵树图
    在这里插入图片描述

第13章 饼状图

本章制作一个饼状图。在布局的应用中，最简单的就是饼状图，通过本文你将对布局有一个初步了解。

在这里插入图片描述
数据

假设有如下数据，需要可视化：

var dataset = [ 30 , 10 , 43 , 55 , 13 ];

这样的值是不能直接绘图的。例如绘制饼状图的一个部分，需要知道一段弧的起始角度和终止角度，这些值都不存在于数组 dataset 中。因此，需要用到布局，布局的作用就是计算出适合于作图的数据。

布局（数据转换）

定义一个布局，

var pie = d3.layout.pie();

返回值赋给变量 pie，此时 pie 可以当做函数使用。

var piedata = pie(dataset);

将数组 dataset 作为 pie() 的参数，返回值给 piedata。如此一来，piedata 就是转换后的数据。

绘制图形

为了根据转换后的数据 piedata 来作图，还需要一样工具：生成器。SVG 有一个元素，叫做路径 path，是 SVG 中功能最强的元素，它可以表示其它任意的图形。顾名思义，路径元素就是通过定义一个段“路径”，来绘制出各种图形。但是，路径是很难计算的，通过布局转换后的数据 piedata 仍然很难手动计算得到路径值。为我们完成这项任务的，就是生成器。

这里要用到的叫做弧生成器，能够生成弧的路径，因为饼图的每一部分都是一段弧。

var outerRadius = 150; //外半径
var innerRadius = 100; //内半径，为0则中间没有空白

var arc = d3.svg.arc()  //弧生成器
    .innerRadius(innerRadius)   //设置内半径
    .outerRadius(outerRadius);  //设置外半径

弧生成器返回的结果赋值给 arc。此时，arc 可以当做一个函数使用，把 piedata 作为参数传入，即可得到路径值。接下来，可以在 SVG 中添加图形元素了。先在 svg 里添加足够数量（5个）个分组元素（g），每一个分组用于存放一段弧的相关元素。

var arcs = svg.selectAll("g")
    .data(piedata)
    .enter()
    .append("g")
    .attr("transform","translate("+ (width/2) +","+ (width/2) +")");

接下来对每个 g 元素，添加 path 。

arcs.append("path")
    .attr("fill",function(d,i){
        return color(i);
    })
    .attr("d",function(d){
        return arc(d);   //调用弧生成器，得到路径值
    });

因为 arcs 是同时选择了 5 个 g 元素的选择集，所以调用 append(“path”) 后，每个 g 中都有 path 。路径值的属性名称是 d，调用弧生成器后返回的值赋值给它。要注意，arc(d) 的参数 d 是被绑定的数据。

另外，color 是一个颜色比例尺，它能根据传入的索引号获取相应的颜色值，定义如下。

var color = d3.scale.category10();   //有十种颜色的颜色比例尺

然后在每一个弧线中心添加文本。

arcs.append("text")
    .attr("transform",function(d){
        return "translate(" + arc.centroid(d) + ")";
    })
    .attr("text-anchor","middle")
    .text(function(d){
        return d.data;
    });

arc.centroid(d) 能算出弧线的中心。要注意，text() 里返回的是 d.data ，而不是 d 。因为被绑定的数据是对象，里面有 d.startAngle、d.endAngle、d.data 等，其中 d.data 才是转换前的整数的值。

第14章 力导向图

力导向图（Force-Directed Graph），是绘图的一种算法。在二维或三维空间里配置节点，节点之间用线连接，称为连线。各连线的长度几乎相等，且尽可能不相交。节点和连线都被施加了力的作用，力是根据节点和连线的相对位置计算的。根据力的作用，来计算节点和连线的运动轨迹，并不断降低它们的能量，最终达到一种能量很低的安定状态。
在这里插入图片描述
数据

初始数据如下：

var nodes = [ { name: "桂林" }, { name: "广州" },
              { name: "厦门" }, { name: "杭州" },
              { name: "上海" }, { name: "青岛" },
              { name: "天津" } ];

var edges = [ { source : 0 , target: 1 } , { source : 0 , target: 2 } ,
              { source : 0 , target: 3 } , { source : 1 , target: 4 } ,
              { source : 1 , target: 5 } , { source : 1 , target: 6 } ];

布局（数据转换）

定义一个力导向图的布局如下。

var force = d3.layout.force()
      .nodes(nodes) //指定节点数组
      .links(edges) //指定连线数组
      .size([width,height]) //指定作用域范围
      .linkDistance(150) //指定连线长度
      .charge([-400]); //相互之间的作用力

然后，使力学作用生效：

force.start();    //开始作用

绘制

有了转换后的数据，就可以作图了。分别绘制三种图形元素：

line，线段，表示连线。
circle，圆，表示节点。
text，文字，描述节点。

代码如下：

//添加连线 
 var svg_edges = svg.selectAll("line")
     .data(edges)
     .enter()
     .append("line")
     .style("stroke","#ccc")
     .style("stroke-width",1);

 var color = d3.scale.category20();

 //添加节点 
 var svg_nodes = svg.selectAll("circle")
     .data(nodes)
     .enter()
     .append("circle")
     .attr("r",20)
     .style("fill",function(d,i){
         return color(i);
     })
     .call(force.drag);  //使得节点能够拖动

 //添加描述节点的文字
 var svg_texts = svg.selectAll("text")
     .data(nodes)
     .enter()
     .append("text")
     .style("fill", "black")
     .attr("dx", 20)
     .attr("dy", 8)
     .text(function(d){
        return d.name;
     });

调用 call( force.drag ) 后节点可被拖动。force.drag() 是一个函数，将其作为 call() 的参数，相当于将当前选择的元素传到 force.drag() 函数中。

最后，还有一段最重要的代码。由于力导向图是不断运动的，每一时刻都在发生更新，因此，必须不断更新节点和连线的位置。力导向图布局 force 有一个事件 tick，每进行到一个时刻，都要调用它，更新的内容就写在它的监听器里就好。

force.on("tick", function(){ //对于每一个时间间隔
    //更新连线坐标
    svg_edges.attr("x1",function(d){ return d.source.x; })
        .attr("y1",function(d){ return d.source.y; })
        .attr("x2",function(d){ return d.target.x; })
        .attr("y2",function(d){ return d.target.y; });

    //更新节点坐标
    svg_nodes.attr("cx",function(d){ return d.x; })
        .attr("cy",function(d){ return d.y; });

    //更新文字坐标
    svg_texts.attr("x", function(d){ return d.x; })
       .attr("y", function(d){ return d.y; });
 });

在这里插入图片描述

第15章 树状图

树状图，可表示节点之间的包含与被包含关系。

现有数据如下：

{
"name":"中国",
"children":
[
    { 
      "name":"浙江" , 
      "children":
      [
            {"name":"杭州" },
            {"name":"宁波" },
            {"name":"温州" },
            {"name":"绍兴" }
      ] 
    },

    { 
        "name":"广西" , 
        "children":
        [
            {
            "name":"桂林",
            "children":
            [
                {"name":"秀峰区"},
                {"name":"叠彩区"},
                {"name":"象山区"},
                {"name":"七星区"}
            ]
            },
            {"name":"南宁"},
            {"name":"柳州"},
            {"name":"防城港"}
        ] 
    },

    { 
        "name":"黑龙江",
        "children":
        [
            {"name":"哈尔滨"},
            {"name":"齐齐哈尔"},
            {"name":"牡丹江"},
            {"name":"大庆"}
        ] 
    },

    { 
        "name":"新疆" , 
        "children":
        [
            {"name":"乌鲁木齐"},
            {"name":"克拉玛依"},
            {"name":"吐鲁番"},
            {"name":"哈密"}
        ]
    }
]
}

这段数据表示：“中国 – 省份名 – 城市名”的包含于被包含关系。

搭建HTTP服务器(解决Chrome无法读取本地文件)
1.安装Node
2.npm install http-server -g
3.目录下执行 http-server -c-1
4.localhost:8080/xxxx.html

布局（数据转换）

定义一个集群图布局：

var tree = d3.layout.tree() 
  	.size([width, height-200]) //设定尺寸
 	.separation(function(a, b) { return (a.parent == b.parent ? 1 : 2); });//设定节点之间的间隔

接下来，转换数据：

d3.json("city_tree.json", function(error, root) {

  var nodes = tree.nodes(root);
  var links = tree.links(nodes);

  console.log(nodes);
  console.log(links);
}

绘制

D3 已经基本上为我们准备好了绘制的函数：d3.svg.diagonal() 。这是一个对角线生成器，只需要输入两个顶点坐标，即可生成一条贝塞尔曲线。

创建一个对角线生成器：

var diagonal = d3.svg.diagonal()
    .projection(function(d) { return [d.y, d.x]; });

projection() 是一个点变换器，默认是 [ d.x , d.y ]，即保持原坐标不变，如果写成 [ d.y , d.x ] ，即是说对任意输入的顶点，都交换 x 和 y 坐标。

绘制连线时，使用方法如下：

var link = svg.selectAll(".link")
      .data(links)
      .enter()
      .append("path")
      .attr("class", "link")
      .attr("d", diagonal);   //使用对角线生成器

样式

.node circle {
fill:#FFF;
  stroke: steelblue;
  stroke-width: 1.5px;
}

.node {
  font: 12px sans-serif;
}

.link {
  fill: none;
  stroke: #ccc;
  stroke-width: 1.5px;
}

在这里插入图片描述

第16章 地图可视化

在数据可视化中，地图是很重要的一部分。很多情况会与地图有关联，如中国各省的人口多少，GDP多少等，都可以和地图联系在一起。

D3地图绘制
制作地图需要 JSON 文件，将 JSON 的格式应用于地理上的文件，叫做 GeoJSON 文件。

  • 投影函数
    var projection = d3.geo.mercator()//投影函数
        .center([107, 31])//设定地图的中心位置--经度和纬度
        .scale(850)//设定放大的比例
        .translate([width/2, height/2]);//设定平移

由于 GeoJSON 文件中的地图数据，都是经度和纬度的信息。它们都是三维的，而要在网页上显示的是二维的，所以要设定一个投影函数来转换经度纬度。如上所示，使用 d3.geo.mercator() 的投影方式。

  • 地理路径生成器

为了根据地图的地理数据生成 SVG 中 path 元素的路径值，需要用到 d3.geo.path()，称为地理路径生成器。

var path = d3.geo.path()
    .projection(projection);

projection() 是设定生成器的投影函数，把上面定义的投影传入即可。

  • 加载文件并绘制地图
    d3.json("world.json", function(error, root) {
    
        if (error) 
            return console.error(error);
        console.log(root.features);
    
        svg.selectAll("path")
            .data( root.features )
            .enter()
            .append("path")
            .attr("stroke","#000")
            .attr("stroke-width",1)
            .attr("fill", function(d,i){
                return color(i);
            })
            .attr("d", path )   //使用地理路径生成器
            .on("mouseover",function(d,i){
                        d3.select(this)
                           .attr("fill","yellow");
                    })
                    .on("mouseout",function(d,i){
                        d3.select(this)
                           .attr("fill",color(i));
                    });
    });

在这里插入图片描述

其他开源地图

学习D3的站点

建议

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