Создание Kotlin API для Grammar of graphics

Введение 4
Постановка задачи 5
Обзор литературы 7
1. Визуализация данных. Структура графика 9
1.1. Модель данных 9
1.2. Визуальная структура графика 10
1.2.1 Компоненты графика 10
1.2.2 Визуализация и чтение графика 10
1.3. Процесс визуализации 12
2. Промежуточное представление графика 14
2.1. Данные 14
2.2. Скейлы 14
2.2.1 Гиды 16
2.3. Эстетические атрибуты 16
2.4. Связывание 17
2.5. Слой 18
2.6. Особенности 19
2.7. График 19
2.8. Схема промежуточного представления 19
3. Предметно-ориентированный язык 22
3.1. Контексты 22
3.1.1 Базовый контекст 22
3.1.2 Контекст графика 22
3.1.3 Контекст слоя 23
3.2. Данные 23
3.3. Скейлы 23
3.4. Связывание 25
3.5. Добавление особенностей 26
3.6. Схема предметно-ориентированного языка 26
4. Трансляторы и особенности движков 27
4.1. Lets-Plot 27
4.1.1 Особенности 27
4.1.2 Транслятор 29
4.2. ECharts 29
4.2.1 Особенности 29
4.2.2 Транслятор 31
5. Технические детали и аналоги 32
5.1. Интеграции 32
5.1.1 Kotlin Jupyter Kernel 32
5.1.2 Kotlin Dataframe 32
5.2. Тестирование 33
5.3. Используемые технологии 33
5.4. Сравнение с аналогами 34
Заключение 36
Список литературы 37

Купить

Grammar of graphics — это грамматика для задания графиков, описанная Леландом Уилкинсоном в одноименной работе [1]. На основе этой работы была создана библиотека ggplot2 [2][3] для построения графиков на языке программирования R [4]. В ней для описания графиков используется синтаксис, вдохновленный грамматикой Уилкинсона. На основе библиотеки ggplot2 в компании JetBrains была разработана библиотека Lets-Plot [5] для языка программирования Kotlin [6]. Однако API для построения графика был взят почти напрямую из ggplot2, и унаследовал его существенные недостатки — отсутствие типизации и типобезопасности, проблемы со структурой (такие как отсутствие иерархии элементов графика, разделение взаимосвязанных элементов графика). Он не задействует средства Kotlin для создания идиоматичного синтаксиса, — например, внешних контекстов с получателями.
Постановка задачи
Первоначально, данная работы была направлена на разработку удобного предметно-ориентированного языка на Kotlin для построения графиков в библиотеке Lets-Plot, использую идеи Grammar of graphics.
Однако, в дальнейшем, задача была в значительной мере изменена. Было принято решение сделать API более универсальным, а именно:
1. Разработать универсальное промежуточное представление графика, которое можно перевести в представления графиков в различные движки для визуализации графиков.
2. Разработать предметно-ориентированный язык на Kotlin для построения графиков, генерирующая данное представление, с возможностью (опционально) добавлять в него элементы, основанные на особенностях движка, для которого строится график
Помимо этого, в задачу входило написании трансляторов, преобразующих получаемое при создании на разработанном предметно-ориентированном языке промежуточное представление графика во внутренние представления графиков конкретных движков. Такими движками были выбраны, разумеется, Lets-Plot, а также библиотека ECharts [7] на языке JavaScript [8]. ECharts был выбран по ряду причин. Во-первых, формат, в котором в ECharts представлен график, - это JSON, который несложно сгенерировать средствами Kotlin. Во-вторых, он использует подход описания графиков, отличный от Lets-Plot и ggplot2, а также написан на другом языке. Таким образом, реализация трансляции ECharts демонстрирует универсальность разработанного представления.
Другой немаловажной задачей было интегрировать разработанную библиотеку с существующими продуктами в экосистеме Kotlin for Data Science. А именно:
1. Kotlin Jupyter Kernel [9] - это ядро для Jupyter Notebook [10], позволяющее запускать на нем код на Kotlin. Необходимо было реализовать визуализацию создаваемых графиков на движках внутри ноутбука.
2. Kotlin Dataframe [11] - это библиотека для работы с данными. В рамках работы нужно реализовать визуализации данных, используя Dataframe как источник данных.

Купить