Exploration de relations par la visualisation de graphes dy- dy-namiques

1.2.1 La visualisation, une aide cognitive

Les êtres humains n’ont pas attendu Napoléon et sa citation "un bon croquis vaut mieux qu’un long discours" pour s’apercevoir de l’intérêt de visualiser des informations. Pour Shnei-derman (1996), explorer un ensemble d’information devient particulièrement difficile à mesure que son volume augmente : quand un texte prend la taille d’un livre ou d’une bibliothèque, comment localiser et naviguer entre toutes les entrées ?

Dans l’introduction du livre Visualizing Knowledge and Information,Keller & Tergan(2005) présentent les apports de la visualisation identifiés dans les travaux de recherche depuis les an-nées 70. Il est communément montré que la visualisation est un dispositif de cognition externa-lisé, c’est-à-dire qu’elle permet d’améliorer les capacités cognitives humaines. La visualisation permettrait de surmonter les limites naturelles de la mémoire de travail, à la fois au niveau de la capacité et de la durée du stockage. Les représentations externes permettent de réduire la charge cognitive d’un individu (Sweller,1994) et d’améliorer ses capacités à exécuter des tâches cognitives complexes (Larkin,1981). Pour Ware (2012), "power of a visualization comes from the fact that it is possible to have a far more complex concept structure represented externally in a visual display than can be held in visual and verbal working memories"⁴.

Par conséquent, la visualisation se montre particulièrement utile pour certains types de tâches :

4. Traduction : "le pouvoir de la visualisation vient du fait qu’il devient possible de représenter extérieurement une structure bien plus complexe que ce que peuvent contenir les mémoires de travail verbale et visuelle" (Ware,

– Rechercher et traiter des données structurées (Wiegmann et al.,1992), – Comprendre des relations abstraites entre éléments (Cox,1999),

– Détecter, comprendre et identifier des motifs inattendus (Bezerianos et al.,2010)

Pour Zhang & Norman (1994), les bénéfices de la visualisation proviennent de la coordina-tion entre les représentacoordina-tion internes de l’individu et les représentacoordina-tions externes utilisées dans la visualisation, c’est-à-dire de l’utilisation d’une représentation distribuée.

La visualisation est une aide cognitive qui permet de détecter, comprendre et identifier des motifs inattendus dans des jeux de données complexes de grande

taille.

1.2.2 Tâches de visualisation

Le domaine de la visualisation d’information (ou infovis pour information visualisation) étudie les moyens permettant une communication visuelle efficace. deux axes : les techniques de représentation de l’information, et les interfaces permettant la manipulation visuelle des données.

Pour visualiser efficacement de grands ensembles de données, il convient de procéder par étapes. Shneiderman (1996) est le premier à proposer un "mantra"⁵ de l’exploration visuelle d’informations : "Overview first, zoom and filter, then details-on-demand", soit "D’abord une vue d’ensemble, zoomer et filtrer, puis détailler à la demande". Les techniques de visualisation doivent être utilisées en fonction des objectifs à atteindre, qui peuvent être distingués en trois grandes catégories : consultation (informatif), analyse (révélateur) et construction (découverte). Le mantra de l’exploration visuelle de Shneiderman(1996) suppose l’interaction entre l’uti-lisateur et les données à visualiser. Un dispositif d’interaction permet à l’util’uti-lisateur d’agir ma-nuellement sur la visualisation de façon directe en fonction de ses objectifs d’exploration, tandis qu’une visualisation dynamique est un changement automatique de la visualisation (Keim et al., 2002). PourWare(2005), l’interaction améliore les performances en visualisation en permettant à la fois les aller-retours entre analyse qualitative et observation quantitative, et le positionne-ment à différentes échelles.

La visualisation d’information est le domaine qui étudie les techniques permettant une communication visuelle efficace.

L’interaction facilite l’exploration de données complexes.

1.2.3 Le graphe comme modèle

Un graphe est un objet mathématique qui permet de représenter des problèmes, simples ou complexes. Le mot graphe vient du Grec "écrit", un graphe est un moyen de représenter le langage par les signes.

Dès les années 70, les bénéfices de la visualisation de données sous forme de graphes ont été mis en avant :Anscombe(1973) montre par exemple que des réseaux avec des mesures similaires

peuvent présenter des topologies différentes. La figure 1.5 présente des relations d’amitié (les arêtes) entre neuf personnes (les nœuds) sous les formes d’un tableau ou d’un graphe (représen-tation node-link). Au format tabulaire, il est difficile d’interpréter facilement les données, tandis qu’au format graphe, deux groupes distincts de personnes apparaissent, qui sont reliés grâce à l’amitié entre Marie et Camille.

Pierre Paul Pierre Paul Marie Jacques Camille Martin Isabelle Anne Mathieu Anne Martin Marie Camille Camille Martin Paul Jacques Mathieu Martin Martin Isabelle Marie Jacques Pierre Marie Isabelle Camille Mathieu Anne Camille Mathieu Marie Paul Anne Isabelle Isabelle Mathieu

a- format tabulaire b- représentation sous forme de graphe (node-link)

Figure 1.5 – Relations d’amitié entre neuf personnes

Les graphes sont utilisés dans de nombreuses applications : l’analyse et l’optimisation de réseaux (sociaux, criminels, biologiques...), la modélisation conceptuelle (ontologies) ou encore les bases de données. Les bases de données orientées graphe (ou bases graphes) permettent de stocker des informations organisées dans une structure de données de type graphe (c’est-à-dire constituée de nœuds et d’arêtes). Un exemple connu de base graphe est Neo4j (Webber,2012).

La théorie des graphes est l’étude mathématique des graphes en vue de répondre à des ques-tions sur leur structure. Le domaine de la visualisation d’information développe des techniques spécifiques à la visualisation des graphes (graph drawing). La communauté est très active sur le sujet, comme en témoignent les publications dédiées à l’état de l’art au fil des années, telles queDi Battista et al. (1994) ou (Von Landesberger et al.,2011).

Le graphe est un objet mathématique qui permet d’étudier des problèmes complexes.

Les graphes sont analysés à l’aide de la théorie des graphes.

Ils peuvent être visualisés grâce aux techniques développées dans le domaine de la visualisation d’information.