Виды диаграмм и гистограмм, типы графиков для анализа данных с простыми примерами применения

Кто владеет информацией, тот владеет миром. Но в реальности есть еще ряд условий, которые обеспечивают то самое господство: своевременность данных, их направленность и полезность, применимость к ситуации, а также возможность использования для дальнейших действий. В общем-то, данные сами по себе мертвы. Всегда важна их смысловая нагрузка. И вот как раз за наделение информации смыслом отвечает визуализация.

Видов диаграмм, гистограмм, схем, карт и графиков нереально много. Этот материал посвящен тому, какие виды диаграмм бывают, как их выбирать и для чего использовать в бизнесе или в управлении проектами.

Чем полезны диаграммы

Средства визуализации данных применяются в разных сферах и задачах: в информатике, математике и ИТ, при работе со статистическими показателями, для построения понятных отчетов, наглядного сравнения и отображения информации / результатов работы. Но если говорить о пользе, то:

1. Диаграммы, схемы, гистограммы, графики помогают оценивать ситуацию со стороны, чтобы лучше понимать связи, направления влияния, значения ключевых показателей, их соотношение между собой внутри одного или в разных периодах времени, в разных процессах, средах и т.п.
2. С помощью графиков удобно считывать и понимать информацию. Чем правильнее поданы данные в графическом виде, тем их быстрее можно считать и понять. А значит – включить в дальнейшую работу или учесть в планировании.
3. Удобное и наглядное графическое представление создает базу для выявления закономерностей. Графики и схемы доходчивее показывают зависимости между числами и объектами, но в этом случае предельно важен тип визуализации, так как не все закономерности можно отобразить так, чтобы их было легко понять.
4. Графики и диаграммы обеспечивают непрерывный мониторинг и контроль — они показывают изменения и отклонения. Но важно условие — данные собираются и отображаются в режиме реального времени или с достаточной частотой обновления.
5. Средства визуализации дают возможность удобного планирования и проектирования процессов: что целесообразно, а что нет, какие объемы ресурсов доступны, как выглядит схема взаимодействия с пользователями и т.п. Они же позволяют обоснованно принимать управленческие решения и выступать весомым аргументом в любых спорах.

Линейный график

Базовый график для анализа изменений показателя во времени или по порядку. Быстро считывается, хорошо масштабируется. Обычно имеет 2 измерения — одно по горизонтали, второе по вертикали, и допускает отображение сразу нескольких рядов с данными, которые приведены в единую систему измерения. Подходит для отображения изменений в динамике – через равные промежутки замеров.

У линейного графика могут быть модификации: график с маркерами, с накоплением (когда область под линией закрашивается), нормированный график. Нормирование – это когда визуализируется динамика вклада каждой величины с течением времени или по категориям. Вклад оценивается в процентах или в долях.

Вертикальная (столбчатая) диаграмма или барчарт (Bar Graph) с накоплением

Отображает значения в виде вертикальных столбцов, разбитых на части. Подходит для сравнения категорий и анализа состава внутри каждой категории. Обычно 2 измерения: категория + значение, опционально — подкатегории.

Гистограмма (Bar Histograms)

Показывает распределение числовых данных по диапазонам значений в виде вертикальных прямоугольников. Используется для анализа частот, плотности и формы распределения. Обычно визуализируется одно числовое измерение (ось Y), агрегированное по интервалам.

Гистограмма с несколькими осями (Multi-Axis Charts)

Комбинирует несколько графиков с разными шкалами на одном поле. Применяется для сравнения показателей с разными единицами измерения. Обычно 2–3 показателя, общий X и разные Y.

Горизонтальная линейная диаграмма (Line Chart)

Отображает изменение показателя во времени или по порядку в виде горизонтальных столбцов. Лучший выбор для анализа динамики и трендов. Обычно имеет 2 измерения: на горизонтальную ось наносится время, на вертикальную ось — значения. Дополнительную информативность линейным диаграммам добавляют медианы и линии тренда. Тренды могут выстраиваться по разным математическим моделям: линейно, экспоненциально, логарифмически, на основе полиномов или степеней, как скользящее среднее значение и т.п.

Что примечательно – на линейной диаграмме удобно отображать сразу несколько рядов значений и сравнивать между собой.

Диаграмма с областями (Area Chart)

Линейный график с закрашенной областью под линией. Используется для показа динамики и накопленного эффекта. Поддерживает несколько рядов данных. Обычно 2–3 измерения – как раз для понимания областей смещения / разницы.

Диаграммы рассеяния, точечные или скаттерплот (Scatter Plot)

Показывает взаимосвязь между двумя числовыми переменными в виде точек. Подходит для анализа корреляций, кластеров и выбросов. 2 измерения, опционально 3-е через цвет или размер.

Радарные или лепестковые диаграммы

Радиальная диаграмма, где показатели откладываются по осям, расходящимся из центра, образуя «лепестки» в секторах круга. Используется для сравнения профилей объектов по нескольким критериям. Обычно 1 объект × 5–10 показателей, без временной оси.

Полярная диаграмма (Polar Plot)

Отображает значения показателей по радиальным осям. Это свернутая вертикальная линейная диаграмма. Используется для сравнения профилей объектов по нескольким критериям, а также для отображения цикличных процессов, например, для анализа суточных, недельных или сезонных паттернов.

«Полярные часы» (Polar Clock)

Круговая диаграмма, в которой несколько значений характеристик отображаются по разным радиусам окружности. Например, таким образом можно отображать часы: сколько времени прошло из всех 24 часов, сколько минут из 60 возможных в одном часе, сколько секунд (тоже из всех 60) и т.п. То есть это несколько кольцевых диаграмм, каждая из которых берет отсчет от одной вертикальной линии – радиуса.

Секторная или круговая диаграмма, пайчарт (Pie Charts)

Показывает доли целого, за это отвечают секторы круга. Подходит только для простых распределений с малым числом категорий. Отображает только одно измерение — процент или доля от 100%. Больше 100% на круге не показать 😉

Кольцевые диаграммы (Donut Chart)

Вариант круговой диаграммы, но только с пустым центром, выглядит как бублик. Используется для отображения долей и размещения дополнительной информации внутри. Отображает одно измерение, визуально удобнее полных секторных диаграмм.

Древовидные диаграммы (Treemap)

Показывают иерархию и доли через вложенные прямоугольники. Подходит для анализа структуры и относительных размеров в сложных наборах данных. Визуализируют два измерения: иерархия + величина.

Географическая диаграмма, хороплет (Map Charts, choropleth)

Отображает значения на карте через цветовые заливки регионов или с привязкой к точкам расположения, например, к офисам или городам. Используется для пространственного анализа. Два измерения: география + показатель.

Стрим-график или график потока (Stream Graph)

Это модифицированная диаграмма с областями, где потоки «текут» во времени. Подходит для анализа структуры изменений и относительных вкладов: время + несколько категорий.

Пузырьковые диаграммы (Bubble Charts)

Расширение точечных диаграмм, где точки имеют размер. Используется для анализа взаимосвязей между 3–4 показателями. Оси X и Y + размер пузыря + цвет.

Лучевая диаграмма (Sunburst)

Иерархическая диаграмма в виде концентрических колец. Подходит для анализа вложенных структур и долей. Иерархия + значение.

Комбинированные диаграммы

Иногда одного способа визуализации недостаточно. В этом случае применяют несколько форматов отображения внутри одного графика или схемы. Но чтобы данные были читаемыми, они должны опираться на одни и те же оси измерений. Например, столбцы + линия + линии тренда + изменение приращений. Общее правило: комбинируйте только логически связанные показатели. Обязательно используйте легенду и подписи для ясности. Слишком много информации в одном месте может привести к нечитаемой каше.

Специализированные диаграммы

Ниже особые варианты визуализации для узких задач, которые будут актуальны только в определенных нишах.

Диаграммы Ганта, сетевой график

Отображает задачи в привязке ко времени. Используется для планирования и контроля проектов: ось времени + задачи + длительность. В некоторых случаях на графике могут дополнительно отображаться связи между задачами, опорные вехи, например, ключевые сроки проекта и другие элементы.

Диаграмма Исикавы

Причинно-следственная схема («рыбья кость»). Подходит для анализа проблем и поиска первопричин. Качественные категории, без числовых осей. Про рыбов уже рассказывали.

Диаграмма Венна

Показывает пересечения нескольких множеств. Используется для логического анализа и классификации. Позволяет отображать одновременно 2–4 множества.

UML-диаграммы

Набор схем для моделирования систем и ПО. Отражают структуру, поведение и взаимодействие. Используются в проектировании. Технически это диаграммы связей или графы.

PERT-диаграмма

Сетевая диаграмма зависимостей задач. Применяется для оценки сроков и критического пути. Показывает задачи + зависимости + длительность.

SIPOC-диаграмма

Высокоуровневая схема процесса: Supplier–Input–Process–Output–Customer. Используется для анализа границ процесса.

Диаграмма «солнечные лучи» (Sunburst)

Иерархическая диаграмма в виде концентрических колец, где каждый уровень отражает вложенность структуры. Подходит для анализа состава и иерархий. Использует 2 измерения: структура и значение, опционально — цвет.

Биржевая диаграмма (японские свечи)

График временных рядов, отображающий открытие, закрытие, минимум и максимум значения за период. Применяется для анализа динамики и волатильности. Использует время + 4 числовых показателя. Может применяться также для визуализации значений с большим разбросом / погрешностями в точке измерения.

Диаграмма размаха, «ящик с усами» (Boxplot)

Показывает распределение данных через медиану, квартили и выбросы. Используется для сравнения распределений статистических данных и выявления аномалий. Одно числовое измерение, часто в сравнении по категориям. Чем-то напоминает японские свечи, но визуализирует статистические отклонения.

Поверхностная диаграмма

Это пример самых эффективных трехмерных визуализаций.  Позволяет наглядно отобразить зависимость одного показателя от двух переменных в виде объемных поверхностей. Используется для анализа сложных взаимосвязей и оптимумов. Содержит 3 измерения: X, Y и значение Z, часто дополняется цветовой шкалой, чтобы было проще отделить различия или области несовпадения.

Каскадная диаграмма (Waterfall Chart)

Диаграмма, демонстрирующая поэтапное изменение показателя за счет последовательных положительных и отрицательных вкладов. Используется для анализа структуры изменений и влияния факторов, например, динамика изменений выручки по кварталам относительно первого периода. Обычно 1 временная или логическая ось и значения приращений.

Диаграмма спагетти (Spaghetti Charts)

Это наглядное представление перемещений. Итоговое изображение представляет собой множество пересекающихся или дублирующихся линий, отображающих индивидуальные траектории движений сотрудников, материалов и инструментов при выполнении рутинных операций. Такие диаграммы напоминают спагетти на тарелке, отсюда и название. Используются в основном для анализа поведения, а также для оптимизации рабочих пространств. На таких графиках может не быть измерений, только пути перемещения.

Правила визуализации данных

Нельзя просто взять абстрактные данные и отобразить их на графике. Визуализация – это всегда вопрос наделения чисел смыслом. Поэтому качественная визуализация должна отвечать на определенные вопросы / решать какие-то задачи.

1. Сначала нужно определиться с целью визуализации. Что конкретно и для чего вы хотите отобразить в виде схем, графиков, диаграмм и пр. Сам способ визуализации является вторичным, он должен как можно лучше реализовывать исходную задачу.
2. Одна диаграмма, схема или график должен использоваться для одной цели или задачи. Вы буквально не сможете отобразить на одном графике данные разного типа, а если сможете, то они будут нечитаемыми. Соответственно, дальнейшая работа с такой информацией будет невозможна.
3. Если вы комбинируете на схеме данные разного типа, их нужно привязать не более чем к трем измерениям. Более трех измерений человечески мозг воспринять не может.
4. Используйте нормализацию данных, чтобы обеспечить удобную работу с информацией. А еще так будет проще сравнивать значения за разные промежутки времени или в разных отчетах.
5. Информация должна быть достоверной или максимально близкой к правде – с приемлемой погрешностью измерения / оценки.
6. При использовании цветов старайтесь применять общепринятые или общераспространенные нормы. Например, как цвета светофора: красный (стоп-сигнал) – для негативных показателей, оранжевый – для нейтральных, зеленый (разрешающий сигнал) – для положительных. Если на графике используется много разных цветов, то обязательно нужно подумать о детализации легенды или подписывать значения прямо внутри графика или схемы.
7. Следите за пропорциями. 100% соответствия никто не ждет, но чем реалистичнее и правдивее будут отрисованы данные, тем их проще будет сравнивать между собой. Как раз за счет разных пропорций ключевых элементов можно расставить акценты и привлечь внимание к нужной информации.
8. Убирайте со схем и диаграмм лишние элементы. Они мешают сфокусироваться на самом главном.

Как строить диаграммы

1. Определите цель создания диаграммы. Ее логично вынести в заголовок или в подпись.
2. Подготовьте данные – рассчитайте, округлите, приведите к единым/совместимым единицам измерения, очистите от ненужных элементов и символов.
3. Определитесь с типом диаграммы или схемы. Способ визуализации должен решать поставленную задачу.
4. Разнесите данные по числовым прямым – осям координат X, Y, Z. Хотя обычно визуализация выстраивается в двух осях. «Плоские» графики наиболее быстро и легко считываются.
5. Постройте графики или диаграммы. Для построения графиков чаще всего используются обычные офисные приложения, например, таблицы Excel, но можно применять и профильные программные решения: BI-системы, онлайн-сервисы, дашборды и пр.
6. Подпишите данные и позаботьтесь о читаемости информации. Дизайн имеет значение. Например, разместите легенду обозначений и цветов рядом с основным графиком, подпишите информацию и важные значения прямо на графике.
7. Проверьте восприятие информации на коллегах или на фокус-группах. Тут все будет зависеть от масштаба охвата и задач визуализации. Где-то достаточно сбора простой обратной связи, а где-то потребуются полноценные исследования с массой профильных метрик.

Какой вид или тип диаграмм выбрать

Каждый тип визуализации хорош только в определенных задачах и нишах. Например:

• Для анализа данных в динамике, когда нужно понять как показатели меняются со временем, лучше всего подойдут: линейный график, график с областями и временная шкала.
• Для сравнения значений, если нужно сравнить разные категории или объекты подойдут: столбчатая диаграмма, горизонтальные бары, диаграмма с накоплением (при анализе состава).
• Для анализа долей распределения чего-либо, когда важно понять разброс и структуру данных: гистограмма, боксплот, скрипичная диаграмма.
• Для выявления зависимостей, когда требуется найти взаимосвязь между показателями: пузырьковая диаграмма, тепловая карта, диаграмма рассеяния.
• Для отображения процессов, визуализации последовательностей или шагов: блок-схема, BPMN-диаграмма, диаграмма потоков и пр.
• Для понимания структур и связей, когда требуется показать иерархию или взаимосвязи между объектами: дерево связей, майнд-карты, сетевые диаграммы, графы связей.