【導(dǎo)讀】時間序列數(shù)據(jù)是一類普遍而又廣泛存在的數(shù)據(jù)類型，近年來時序數(shù)據(jù)挖掘越來越受到人們的關(guān)注。序列分析是對時間序列的規(guī)則和模式進(jìn)行發(fā)現(xiàn)的統(tǒng)計學(xué)方法。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)挖掘可視化原型工具，旨在幫助計量經(jīng)濟(jì)學(xué)教學(xué)，以及針對一維。本文首先介紹了數(shù)據(jù)可視化的相關(guān)技術(shù)。指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。

　　

【正文】 ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 視圖 (View)代表用戶交互界面，對于 Web 應(yīng)用來說，可以概括為 HTML 界面，但有可能為XHTML、 XML 和 Applet。隨著應(yīng)用的復(fù)雜性和規(guī)模性，界面的處理也變得具有挑戰(zhàn)性。一個應(yīng)用可能有很多不同的視圖， MVC 設(shè)計模式對于視圖的處理僅限于視圖上數(shù)據(jù)的采集和處理，以及用戶的請求，而不包括在視圖上的業(yè)務(wù)流程的處理。業(yè)務(wù)流程的處理交予模型 (Model)處理。比如一個訂單的視圖只接受來自模型的數(shù)據(jù)并顯示給用戶，以及將用戶界面的輸入數(shù)據(jù)和請求傳遞給控制和模型。 模型 (Model)就是業(yè)務(wù)流程 /狀態(tài)的處理以及業(yè)務(wù)規(guī)則的制定。業(yè)務(wù)流程的處理過程對其它層來說是黑箱操作，模型接受視圖請求的數(shù)據(jù)，并返回最終的處理結(jié)果。業(yè)務(wù)模型的設(shè)計可以說是MVC 最主要的核心。目前流行的 EJB 模型就是一個典型的應(yīng) 用例 子，它從應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)的角度對模型做了進(jìn)一步的劃分，以便充分利用現(xiàn)有的 組件 ，但它不能作為應(yīng)用 設(shè)計模型 的框架。它僅僅告訴你按這種模型設(shè)計就可以利用某些技術(shù)組件，從而減少了技術(shù)上的困難。對一個開發(fā)者來說，就可以專注于業(yè)務(wù)模型的設(shè)計。 MVC 設(shè)計模式告訴我們，把應(yīng)用的模型按一定的規(guī)則抽取出來，抽取的 層次很重要，這也是判斷開發(fā)人員是否優(yōu)秀的設(shè)計依據(jù)。抽象與具體不能隔得太遠(yuǎn)，也不能太近。 MVC 并沒有提供模型的設(shè)計方法，而只告訴你應(yīng)該組織管理這些模型，以便于模型的 重構(gòu) 和提高重用性。我們可以用 對 象 編程來做比喻， MVC 定義了一個頂級類，告訴它的子類你只能做這些，但沒法限制你能做這些。這點對編程的開發(fā)人員非常重要。 業(yè)務(wù)模型還有一個很重要的模型那就是數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型主要指實體對象的數(shù)據(jù)保存（持續(xù)化）。比如將一張訂單保存到 數(shù)據(jù)庫 ，從數(shù)據(jù)庫獲取訂單。我們可以將這個模型單獨列出，所有有關(guān)數(shù)據(jù)庫的操作只限制在該模型中。 控制 (Controller)可以理解為從用戶接收請求 , 將模型與視圖匹配在一起，共同完成用戶的請求。劃分控制層的作用也很明顯，它清楚地告訴你，它就是一個分發(fā)器，選擇什么樣的模型，選擇什么樣的視圖，可以完成什么樣的用戶請求?？刂茖硬⒉蛔鋈魏蔚臄?shù)據(jù)處理。例如，用戶點擊一個連接，控制層接受請求后 , 并不處理業(yè)務(wù)信息，它只把用戶的信息傳遞給模型，告訴模型做什么，選擇符合要求的視圖返回給用戶。因此，一個模型可能對應(yīng)多個視圖，一個視圖可能對應(yīng)多個模型。 模型、視圖與控制器的分離，使得一個模型可以具有多個顯示視圖。如果用 戶通過某個視圖的控制器改變了模型的數(shù)據(jù)，所有其它依賴于這些數(shù)據(jù)的視圖都應(yīng)反映到這些變化。因此，無論何時發(fā)生了何種數(shù)據(jù)變化，控制器都會將變化通知所有的視圖，導(dǎo)致顯示的更新。這實際上是一種模型的變化 傳播機(jī)制。模型、視圖、控制器三者之間的關(guān)系和各自的主要功能，如圖 1 所示。 時間序列數(shù)據(jù)可視化工具的設(shè)計與實現(xiàn) 共 53 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 MVC 模式 Java Swing Swing 是一個為 Java 設(shè)計的 GUI 工具包。 Swing 是 JAVA 基礎(chǔ)類 的一部分。 Swing 包括了 圖形用戶界面 (GUI) 器件 如：文本框，按鈕，分隔窗格和表。 Swing 是 JFC 的一部分。 它們支持可更換的面板和主題（各種操作系統(tǒng)默認(rèn)的 特有主題），然而不是真的使用原生平臺提供的設(shè)備，而是僅僅在表面上模仿它們。這意味著可以在任意平臺上使用 JAVA 支持的任意面板。輕量級元件的缺點則是執(zhí)行速度較慢，優(yōu)點就是可以在所有平臺上采用統(tǒng)一的行為。 圖 JFC 系統(tǒng)圖 Swing 的主要特性包括： (1)Swing 是由 100%純 Java 實現(xiàn)的， Swing 組件是用 Java 實現(xiàn)的輕量級（ lightweight）組件，沒有本地代碼，不依賴操作系統(tǒng)的支 持，這是它與 AWT 組件的最大區(qū)別。由于 AWT 組件通過與具體平臺相關(guān)的對等類（ Peer）實現(xiàn)，因此， Swing 比 AWT 組件具有更強(qiáng)的實用性。 Swing 在不同的平臺上表現(xiàn)一致，并且有能力提供本地窗口系統(tǒng)不支持的其他特性。 (2)Swing 采用了一種 MVC 的設(shè)計范式，即 “模型 視圖 控制器 ”（ ModelViewController），其中，模型用來保存內(nèi)容，視圖用來顯示內(nèi)容，控制器用來控制用戶輸入。 (3)Swing 采用可插入的外觀感覺（ Pluggable Look and Feel， PLamp。F）。相對而言，在 AWT 組件中，由于控制組件外觀的對等類與具體平臺相關(guān)，使得 AWT 組件總是只有與本 機(jī)相關(guān)的外觀。而 Swing 使得程序在一個平臺上運行時能夠有不同的外觀，用戶可以選擇自己習(xí)慣的外觀。 時間序列數(shù)據(jù)可視化工具的設(shè)計與實現(xiàn) 共 53 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 Swing 類圖 時間序列數(shù)據(jù)可視化工具的設(shè)計與實現(xiàn) 共 53 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 需求分析與系統(tǒng)概要設(shè)計 需求分析 根據(jù)用戶的不同，對時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的需求也不盡相同。由于本工具定位于教學(xué)軟件，因此本工具應(yīng)具備如下的特點： （ 1）處理小數(shù)據(jù)量的樣本數(shù)據(jù)，針對一維時序數(shù)列進(jìn)行分析和可視化。 （ 2）利用相對容易理解的模型，展示時序數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計學(xué)特性，如趨勢、季節(jié)性等。 （ 3）可以對最后的結(jié)果進(jìn)行比較分析，進(jìn)行注釋，形成簡單文檔，便于整理學(xué)習(xí)。 模塊 劃分 本系統(tǒng)劃分為五個模塊：用戶界面模塊、輸入 /輸出模塊、數(shù)據(jù)模塊、繪圖模塊。 (1)用戶界面模塊主要負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互， (2)輸入 /輸出模塊主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)集文件的讀入與存儲。 (3)數(shù)據(jù)模塊主要負(fù)責(zé)對于時序數(shù)據(jù)的建模分析。 (4)繪圖模塊負(fù)責(zé)圖形繪描繪。 時間序列數(shù)據(jù)可視化工具的設(shè)計與實現(xiàn) 共 53 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 系統(tǒng)模塊圖 系統(tǒng)架構(gòu) 系統(tǒng)采取了 MVC 的架構(gòu)模式，因此有如下圖的架構(gòu)圖。系統(tǒng)利用了觀察者模式實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)同步更新以及消息處理。 系統(tǒng) 數(shù)據(jù)模塊 用戶界面模塊 繪圖模塊 輸入 /輸出模塊 時間序列數(shù)據(jù)可視化工具的設(shè)計與實現(xiàn) 共 53 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 系統(tǒng)架構(gòu)圖 平臺 選擇 NetBeans 由 Sun 公司在 2020 年創(chuàng)立，它是開放源運動以及開發(fā)人員和客戶社區(qū)的家園，旨在構(gòu)建世界級的 Java IDE。 NetBeans 當(dāng)前可以在 Solaris、 Windows、 Linux 和 Macintosh OS X 平臺上進(jìn)行開發(fā)，并在 SPL(Sun 公用許可 )范圍內(nèi)使用。 NetBeans 已經(jīng)獲得業(yè)界廣泛認(rèn)可，并支持NetBeans 擴(kuò)展 IDE 模塊目錄中大約 100 多個模塊。 NetBeans 是一個全功能的開放源碼 Java IDE，可以幫助開發(fā)人員編寫、編譯、調(diào)試和部署 Java應(yīng)用，并將版本控制和 XML 編輯融入其眾多功能之中，為 Java 開發(fā)人員創(chuàng)造了一個可擴(kuò)展的開放源多平臺的 Java IDE，以支持他們在各自所選擇的環(huán)境中從事開發(fā)工作，如 Solaris、 Linux、Windows 或 Macintosh。 AWT(Abstract Windowing Toolkit)，中文譯為抽象窗口工具包，是 Java 提供的用來建立和設(shè)置 Java 的圖形用戶界面的基本工具。 AWT 是 Java 基礎(chǔ)類 (JFC)的一部分，為 Java 程序提供圖形用戶界面 (GUI)的標(biāo)準(zhǔn) API。 Swing 是一個用于開發(fā) Java 應(yīng)用程序用戶界面的開發(fā)工具包。它以抽象窗口工具包（ AWT）為基礎(chǔ)使跨平臺應(yīng)用程序可以使用任何可插拔的外觀風(fēng)格。 Swing 開發(fā)人員只用很少的代碼就可以利用 Swing 豐富、靈活的功能和模塊化組件來創(chuàng)建優(yōu)雅的用戶界面。 本工具選用 作為開發(fā)環(huán)境， Java 作為 開發(fā)語言， AWT/Swing 作為 GUI 工具包。 Controller Data Model Frames 時間序列數(shù)據(jù)可視化工具的設(shè)計與實現(xiàn) 共 53 頁 第 23 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 各模塊詳細(xì)設(shè)計與功能實現(xiàn) 控制器概述 StatController 類為本系統(tǒng)的控制器，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個模塊。 StatController 繼承了一個 Observable對象，系統(tǒng)中的各個 Internal Frame 都是 StatController 的 Observer。 StatController 負(fù)責(zé)初始化程序，并在用戶發(fā)生請求，以及數(shù)據(jù)集發(fā)生變化時通知各個 Observer。 用戶界面模塊的設(shè)計與功能實現(xiàn) 概述 用戶界面模塊負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，并調(diào)度各個模塊的功能，并最終在屏幕上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及可視化結(jié)果。 模塊功能描述 這個模塊包括負(fù)責(zé)輸出與展示的所有窗口與數(shù)據(jù)表。 （ 1） StatDesk 是程序的主 Frame，包含以下 Internal Frame: StatFramePlot 是程序的圖形輸出 Frame，主要實現(xiàn)對于散點圖與折線圖進(jìn)行繪制的功能。 StatFrameOutput 是程序的表項輸出 Frame。 StatFrameSequenceStats 是時序數(shù)據(jù)的各項統(tǒng)計特征值進(jìn)行輸出的 Frame。 StatFrameSeasonalFigure 展示了對輸入數(shù)據(jù)集合進(jìn)行分解建模計算以后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)表。 StatFrameHtml 是對產(chǎn)生的散點圖進(jìn)行編輯和文檔化的 Frame。 在稍后