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白杨数说 | 垂直折线图的应用场景

故事 08-26 来源：白杨数新观察

折线图是数据视觉化过程中常用的图表类型，因其直观显示变量变化趋势的优势，在多个领域得到广泛使用。常见的折线图多为水平折线图，以X轴为基础，将X轴上相邻的变量标点之间用直线连接，在视觉上表现为折线水平波动。而垂直折线图则相对较为少见。

本期数说根据Nick Desbarats在Twitter的#dataviz话题下发起的一项调查，讨论垂直折线图阅读相对困难的原因和垂直折线图作为最优选择的一些情形。

Nick起初表示对垂直折线图持有怀疑态度，因为对大多数用户来说，垂直折线图并不直观，尤其是与更常见的水平折线图相比，人们往往会认为像下图左边这样的水平折线图比右边的垂直折线图更容易阅读。

垂直版本更难阅读的原因

从左到右的阅读习惯:

对于母语是一种从左到右阅读的语言的人群而言，数千个小时对阅读的学习，训练了大脑默认从左到右的阅读模式(而不是从上到下，从下到上，或从右到左)。已有的研究支持这样一种观点:母语会影响人在心理上默认表示序列的方式。

在习惯于从左向右阅读后，读者不需要再有意识地提醒自己水平折线图的“方向”。然而，在垂直折线图中，读者必须首先确定从下往上还是从上往下的阅读顺序，并且在阅读时有意识地提醒自己图表的“方向”。

更大的数量更“高”的思维惯性:

在现实世界中，数量越多的东西通常就越“高”(如一堆砖头)，这可能使人主观地认为图表中较高的元素(直线上的点，条形图的末端等)代表的数量比图表中较低的元素更多。因此，在水平折线图中，一条向上倾斜的直线立即被认为代表了数量的增加。然而，在垂直折线图中，数量的增加通常表示为一条“向右倾斜”的直线，这并不很直观。此种情形下水平折线图通常能快速被认定是增加和减少的，而垂直折线图乍一看可能是来回曲折的，但这其实不是数据实际代表的。

水平折线图更常见导致的折线图水平阅读习惯:

以上两个原因尝试对为什么绝大多数折线图是水平的做出了解释。反过来，这意味着大多数读者习惯于水平阅读折线图，而不是垂直阅读。事实上，许多数据可视化软件应用程序(包括excel)甚至不提供作为原生图表类型的垂直折线图。

大多数折线图中的线包含许多单独的线段，因此在垂直折线图中，读者需要有意识地提醒自己每一线段斜率的意义。对于每条线段，进行这一思考只需要几分之一秒，但对于一个典型的折线图而言，在许多线段累加的情形下这一过程变得复杂繁琐，使得难以引起读者兴趣，也减慢了理解速度。这种额外的认知努力在更“杂乱“、数据更多的图表中尤为显著。

是什么改变了Nick Desbarats对垂直折线图的看法?将Twitter用户对他原始推文的回复大致分为以下三类，并选取了部分不同类型的回复及Nick Desbarats的回应。来自不同用户的回复内容，显著体现了不同视角下的个体差异，构建了对垂直折线图的整体认知。

没有改变Nick想法的回复

“没有理由回避垂直折线图;它们和水平的一样容易阅读。”

虽然这不是一个普遍的回答，但确实有人这么说。这与我在向数千名研讨会参与者展示垂直折线图时所观察到的不一致，但我觉得不同的观点也应该被接受。

“有些类型的数据被人们认为是‘垂直的’，比如与高度或深度有关的数据，这些数据应该在垂直尺度上显示出来。”

我同意。需要说明的是，我并不是在质疑数据是否应该以垂直比例显示，我是在质疑垂直折线图是否是最好的选择，这是另一个问题。其他类型的“垂直”图表，如垂直热点图、水平条形图等，不存在上文中描述的感知问题，我同意展示人们认为“垂直”的数据(高度、海拔、深度等)通常应该以垂直比例尺呈现。

“人们会使用垂直折线图。”

我问的问题不是“人们会使用垂直折线图吗?”(我知道他们会的。)而是“与水平线图、条形图、热点图等相比，是否存在垂直折线图是最优选择的情况?”事实上，人们在某些情况下使用垂直折线图并不一定意味着在这些情况下它是最优的选择。人们总是会做出有问题的数据视觉化设计选择。

“垂直折线图非常有用。”

我并不是说垂直折线图没用，它们可能是有用的。我的问题是，在某些情况下，与水平折线图、水平条形图、垂直热点图等替代方法相比，垂直折线图是否是最优的选择。

“每种图表类型(包括垂直折线图)都有自己的最佳选择。”

在我此前的调研中我听到过好几次这样的说法，但说实话，我不明白。图表类型是人类的发明，但某些东西被发明出来，并不意味着一定存在它是最佳解决方案的情况。不存在最佳适用情况的人类发明数不胜数，我可以想出许多蹩脚的图表类型，它们在任何合理的情况下都不是真正的最优选择。

“我所在的组织使用垂直折线图，人们对此很满意”或“我和专家一起工作，他们很轻易地掌握了垂直折线图。”

如果给定的用户已经习惯了以某种方式呈现数据，这并不一定意味着它是最有效的呈现数据的方式。如果早期使用了另一种方式，而且人们已经习惯了这种方式，也许今天每个人都会过得更好。当然，我们不应该忽视人们在设计图表时所习惯看到的内容;我只是说“人们习惯的方式”和“最有效的方式”不是一回事。

“垂直折线图更适合在移动设备上以纵向模式查看的长折线图。”

这个问题引发了一些特别有趣的讨论。有些人指出，对于非常长的折线图(即不适合手机屏幕)，图表应该是垂直的，因为人们习惯于在手机上上下滑动/滚动(即查看整个图表)。其他人则反驳说，水平滑动/滚动对手机用户来说并不陌生，所以长水平折线图可以在手机上使用，但垂直折线图却很不直观。最终，这是一种“选择你的毒药”的情况:要么违背人们关于折线图应该如何确定方向的期望，要么违背他们关于手机屏幕滚动应该如何确定方向的期望。

其他图表类型会是更优解的示例

一些用户发布了运用垂直折线图的实例，但Nick认为，如果是水平折线图、热点图或水平条形图，效果或许会更好。

可被水平折线图替换的垂直折线图:

有人发布了带有大量冗长注释的垂直折线图的例子，认为这些图表不适合采用水平折线图，因为如果图表是水平的，冗长注释就不“适合”。例如，某人发布了这张令人惊叹的1897年图表，它讲述了美国内战，具有多个垂直折线图和许多冗长的注释:

还有人发布了这个更极端的例子，经典且巨大的垂直折线图，包含了自公元前20000年以来的全球平均气温(下图仅显示了图表的底部部分):

但Nick不认为这些垂直折线图的运用示例具有说服力，他认为即使是水平折线图，至少也能达到类似的效果。存在很多带有详细注释、非常宽、可滚动的水平折线图表的实例，这些似乎都行之有效(甚至效果更好，因为它们是水平的，带有在此前讨论的水平折线图的优势):

可被热点图替换的垂直折线图:

在此前展示的大气温度热图实际上是一个经过重新设计的公开发布的垂直折线图:

这并不表示原来的垂直折线图是“错误的”或“无用的”，但大多数读者会比垂直折线图更快速、更容易地掌握垂直热点图。即使热点图不像折线图那么精确，但在这种情况下或许无伤大雅，因为这些大气温度值可能只是平均值，无论如何都随着时间和位置的变化而变化。

可被水平条形图替换的垂直折线图:

在此前展示的土壤湿度水平条形图也是对相同数据的垂直折线图的重新设计，很容易发现条形版本比垂直版本更容易理解:

同样这也并不是说垂直折线图是“错误的”或“无用的”，只是在这种情况下，它比条形图在认知上更麻烦，更不直观。

垂直折线图是该情况下最优解的示例

Ben·Jones提供的图表示例清楚地说明了这一点:在这种情况下，将数据显示为水平折线图对数据呈现效果并无帮助。

Nick这张图表存在两个重大问题:

1.因为大多数人认为更大的数量是“更高的”，看起来这张图表中共和党数量一直在“增加”，而民主党一直在“减少”，但这不是这一数据的含义。

2.它并没有反映出许多读者对自由主义者是“左”(在这个图表中是“下”)和保守主义者是“右”(“上”)的心理表征。

此后他追踪了这些图表的原始数据，并对其进行了一些研究，得出如下结论:

这一水平版本相比之前有了很大的改进，但是和原来的垂直折线图相比，它有优点也有缺点。

与原来的垂直折线图相比，优点是:

1.更容易阅读；

2.标题中的重点更为突出；

3.随着时间的推移，明显两党都变得越来越“极端”。

与原来的垂直折线图相比，缺点是:

1.它并没有反映出很多读者对于左派的自由主义和右派的保守主义的心理表征；

2.作为双轴图表，读者需要意识到量化尺度对于蓝线和红线而言有所差异；

3.两党在意识形态上“渐行渐远”的现象不那么明显了。

Nick将这次比较称为“平局”。基于对数据的准确描述，垂直折线图可能是这两种选择中的最佳选择。

与原来的垂直折线图相比，这个版本的优势在于，它更明显地显示了两个测量值正在增加，因为“变宽”比“向左倾斜”或“向右倾斜”更加明显。在原来的垂直折线图中，民主党看起来还是在“下降”，但在这个版本中不是这样。

从中Nick发现在垂直折线图中填充折线下方的区域可以减轻许多感知问题，让它们更容易阅读，因为增加和减少都更为明显。也许不像水平线图表那样容易阅读，但比常规垂直折线图要容易得多。

之后RJ Andrews发送了这张复古垂直折线图，显示了橄榄球比赛中球的运动轨迹:

如果这是一个水平折线图，它看起来就像球在场地上“上下移动”，而不是像观众想象的橄榄球比赛那样“来回移动”，所以垂直折线图是最优选择，而不是水平折线图、热点图或条形图，这可能是垂直折线图的一个很好的运用示例。

有人随后发布了这一钻机数据图表，显示了在不同钻探深度探测到的各种地质测量指标(湿度、阻力等):

Nick认为在垂直尺度上展示这类数据是有意义的，因为几乎每个人都认为土壤深度是“垂直的”。那么热点图、柱状图或其他“垂直”图表是否会比垂直折线图更好?

对此Nick的判断是热点图无法提供这类数据的读者可能需要的精度。同时存在一个信息“密度”的问题:在这张图表中有很多值，热点图或条形图可能比线条更难以理解，因为太过密集，使得视觉上的解析变得困难。其次是一些指标绘制在相同的尺度上，这表明可能需要高精度的比较。如果是这样的话，热点图或条形图将使这种对比更加困难。

Tiago Maranhao随后发布了一篇关于Roger Federer网球生涯的文章，其中有一幅垂直折线图和详细的文字叙述，显示了随着读者滚动文本叙述，费德勒在世界排名中的变化。