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数据可视化是分析数据、激发灵感的重要手段。在将数据转化为图表的过程中，通常会先利用数据处理工具对数据进行预处理，再通过可视化工具将数据映射为图形，并根据图表效果进行必要的调整或进一步设计。随着大语言模型的进步，AI 驱动的数据可视化工具使创作过程变得更加简便。例如，通过自然语言描述可视化设计，大模型便能自动生成代码完成任务，大大节省了数据转换和可视化的工作量。
然而，如何有效利用 AI 更好地辅助数据分析师进行可视化创作，仍面临诸多挑战。特别是在可视化创作的迭代过程（iterative process）中，我们往往无法一蹴而就。每次更新设计都需要重新处理数据和绘制图表。当前 AI 可视化工具大多要求创作者通过文本提示（prompt）一次性描述完整的可视化需求，这不仅使得描述过程冗长繁琐，而且难以精确传达丰富的视觉信息。此外，当需要不断迭代更新设计时，每次也都要从头描述设计需求，既耗时又费力，且 AI 可能也无法一次性准确完成任务。
为了解决可视化迭代设计的难题，来自微软雷德蒙研究院的研究员们在 GitHub 上发布了一款 AI 驱动的开源可视化工具 Data Formulator。结合图形化用户界面（graphic user interface）和自然语言输入，Data Formulator 能够极大提升用户向 AI 传达迭代过程中可视化设计的能力，使得 AI 能够根据用户的指令逐步完成复杂可视化作品的创作与更新。
Data Formulator
GitHub 链接：
https://github.com/microsoft/data-formulator
试用链接：
https://github.com/microsoft/data-formulator/blob/main/CODESPACES.md
论文链接：
https://arxiv.org/abs/2408.16119
如图1所示，Data Formulator 的交互界面设计巧妙。用户在构思可视化设计时，可首先通过右侧的 Concept Encoding Shelf 来描述设计目标。在迭代过程中，用户则可通过左侧的 Data Threads 回顾之前的可视化作品，选择合适的路径进行跟进，进而描述新的可视化目标或进行微调。
图1：Data Formulator 的用户交互界面
• 使用 Concept Encoding Shelf 描述可视化设计
Concept Encoding Shelf 的设计结合了传统图形化可视化工具中的“数据放置交互界面”（shelf configuration UI）与 AI 工具的自然语言输入功能，使用户能够更直观地描述可视化目标。用户在选定可视化类型（如柱状图、线性图）后，可通过拖拽数据列至相应的视觉通道（如 x 轴、y 轴、颜色等）来直接映射数据至图形。这种方法相比冗长的文字描述，更能直观且精确地传达图表的设计意图。
此外，Data Formulator 的独特之处在于，它允许用户通过自然语言添加原始数据中不存在的数据概念（data concept）到可视化映射中，从而打破现有数据格式的限制，实现更加深入和丰富的可视化设计。
如图2所示，用户可以在 y 轴上添加“可持续能源百分比”这一数据概念（尽管原始数据仅包含各种能源的消耗值而非百分比），Data Formulator 将自动决定如何转换原始数据，计算出所需的数据栏以完成这一可视化。同样地，若用户希望查看不同国家的可持续能源百分比排名，则可以在 y 轴上添加“排名”数据栏，并通过额外的自然语言描述“计算不同国家的排名”，以指导 Data Formulator 完成相应的可视化过程。
图2：Data Formulator 允许用户添加不存在的数据概念，自行完成转换
• 借助 Data Threads 迭代可视化
当需要在现有图表基础上进行迭代时，用户可以直接在 Concept Encoding Shelf 上使用自然语言来传达迭代指令（或修改之前的数据映射）。例如，输入“仅展示前五名国家的可持续能源百分比”，Data Formulator 便能据此进一步处理数据，实现迭代，无需用户重新描述整个流程。这种方法显著减轻了用户的输入负担。
图3：Data Formulator 支持在现有图表基础上，通过自然语言指令进行迭代
若需追溯至先前的可视化作品进行重新分析，用户则可以利用 Data Threads 功能浏览之前的可视化历程，并选择合适的节点继续研究。例如，用户若想绘制一个柱状图来展示所有国家从2000年至2020年的排名变化，可以返回至“可持续能源百分比排名”的图表，并通过自然语言指令“比较不同国家2000至2020年间的排名变化”来指引 Data Formulator 基于历史数据进行深入分析，并生成所需的图表。
图4：Data Formulator 支持在过往图表基础上，通过自然语言指令进行迭代
Data Formulator 的设计策略是将数据转换与可视化过程分离开来，以提高大模型执行任务的准确度，并通过模型的代码生成能力将这两个阶段衔接。如图5所示，用户设定可视化目标后，Data Formulator 首先会根据图形界面中的输入实例化图形模板，并生成一段 Vega-Lite 代码。由于用户输入中包含了新的数据概念，Data Formulator 需要对数据进行转换以创建可视化。为此，它会将用户的输入转换为大模型的提示词，指导模型生成 Python 代码以转换数据，满足 Vega-Lite 代码的需求。
数据转换完成后，Data Formulator 会将处理后的数据与可视化代码结合，实现最终的可视化效果。在用户选择基于先前可视化进行迭代时，Data Formulator 则会利用原有代码生成新代码，从而减少代码生成过程中的不确定性，更有效地完成用户任务。
在 Data Formulator 的研究中，研究员们致力于融合图形化操作与 AI 的自然语言输入，希望帮助用户更有效地表达他们的可视化目标。但随着大模型的不断进步，如何使用户以简洁而精确的方式传达任务意图变得尤为关键，这也是研究员们未来探索的方向之一。
欢迎大家来 GitHub Codespaces 中试用 Data Formulator 创作可视化！
链接：
https://github.com/microsoft/data-formulator/blob/main/CODESPACES.md
开发者们可以在 Data Formulator 代码库的基础上开发新的功能。
Data Formulator 代码库：
https://github.com/microsoft/data-formulator
想要了解更多 Data Formulator 背后的设计理念，请查看论文：https://arxiv.org/abs/2408.16119
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