[논문 리뷰] Why scatter plots suggest causality, and what we can do about it

Carl T. Bergstrom, Jevin D. West|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 25.

Data Visualization and Analytics참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

논문은 전통적인 산점도에서 종종 암묵적으로 유도되는 인과관계 편향을 줄이기 위해 1:1 비율의 45도 기울인 산점도인 다이아몬드 플롯을 제안한다. 이는 일반적으로 y축을 x축에 의해 영향을 받는 것으로 간주하는 경향이 있으나, 다이아몬드 플롯은 양변수를 대칭적으로 취급하고 인과관계 가정을 시각적으로 무너뜨려 순수한 상관관계 관계를 인식하도록 돕는다. 상호작용 기능이 있는 다이아몬드 플롯은 표준 산점도로 전환할 수 있어 대칭성을 강화한다.

ABSTRACT

Scatter plots carry an implicit if subtle message about causality. Whether we look at functions of one variable in pure mathematics, plots of experimental measurements as a function of the experimental conditions, or scatter plots of predictor and response variables, the value plotted on the vertical axis is by convention assumed to be determined or influenced by the value on the horizontal axis. This is a problem for the public understanding of scientific results and perhaps also for professional scientists' interpretations of scatter plots. To avoid suggesting a causal relationship between the x and y values in a scatter plot, we propose a new type of data visualization, the diamond plot. Diamond plots are essentially 45 degree rotations of ordinary scatter plots; by visually jarring the viewer they clearly indicate that she should not draw the usual distinction between independent/predictor variable and dependent/response variable. Instead, she should see the relationship as purely correlative.

연구 동기 및 목표

• 산점도가 인과관계를 암시한다는 흔한 오해를 해결하고자 하며, 특히 과학 커뮤니케이션과 미디어 보도에서 자주 발생하는 문제를 다룬다.
• 사람들이 y축 변수가 x축 변수에 의해 인과적으로 영향을 받는다고 가정하는 인지 편향을 줄이고자 한다.
• 양변수를 대칭적으로 취급하여 한쪽을 독립변수 또는 종속변수로 특별시하지 않는 새로운 시각화 형식을 개발하고자 한다.
• 다이아몬드 플롯이 상관관계에서 인과관계를 유추하는 경향을 완화할 수 있는지 평가하고자 한다.
• 사용자가 표준 산점도 방향으로 전환할 수 있는 상호작용 기능이 있는 다이아몬드 플롯의 실현 가능성과 사용성 탐색

제안 방법

• 표준 산점도를 45도 기울여 다이아몬드 플롯을 생성함으로써, 기존의 x축(독립변수)과 y축(종속변수)의 인과관계 프레임워크를 시각적으로 무너뜨린다.
• 보통의 황금비율 1.61:1이 아닌 1:1 비율을 사용하여 축 간의 대칭성을 유지하고 시각적 위계를 방지한다.
• 축 레이블을 수평으로 배치하여 기울인 방향에도 불구하고 가독성을 높이고 시각적 기반을 제공한다.
• 비표준 축 기울임으로 인해 이해를 돕기 위해 격자선을 포함한다.
• 사용자가 다이아몬드 플롯을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시켜 표준 산점도 방향으로 전환할 수 있는 상호작용 기능을 구현한다.
• 반시계방향으로 회전할 경우 수직축을 뒤집어, 일관된 좌표계 정렬을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 산점도가 종속변수를 y축, 독립변수를 x축에 놓는 관습으로 인해 인과관계를 암시하는가?
• RQ2 45도 기울인 시각화 방식(다이아몬드 플롯)이 상관관계에서 인과관계를 유추하는 경향을 줄일 수 있는가?
• RQ3 다이아몬드 플롯 설계가 한쪽 변수를 독립변수 또는 종속변수로 특별시하지 않고 양변수 간 대칭성을 효과적으로 전달하는가?
• RQ4 표준 산점도와 비교해 다이아몬드 플롯 형식으로 데이터를 해석할 때 인지 비용은 얼마나 되는가?
• RQ5 상호작용 기능이 있는 다이아몬드 플롯이 데이터에 인과관계 방향성이 없다는 점을 사용자가 이해하는 데 도움이 되는가?

주요 결과

• 기존 산점도는 종속변수를 y축, 독립변수를 x축에 놓는 관습으로 인해 인과관계가 암시되며, 이로 인해 실제로 인과관계가 없음에도 불구하고 사람들이 인과관계가 있다고 가정하게 된다.
• 다이아몬드 플롯은 45도 기울임과 대칭적인 축 처리를 통해 인과관계 프레임워크를 시각적으로 무너뜨리고, 관계를 순수한 상관관계로 인식하도록 유도한다.
• 상호작용 기능이 있는 다이아몬드 플롯은 사용자가 표준 산점도 방향으로 전환할 수 있어, 어느 변수도 본질적으로 독립적이거나 종속적이지 않음을 강화한다.
• 연구자들과 소셜 미디어 사용자로부터의 초기 반응은 다이아몬드 플롯 개념에 긍정적이며, 일부 사용자는 이미 동일한 45도 기울임을 독립적으로 제안한 바 있다.
• 저자들은 다이아몬드 플롯이 인과 오해를 줄이는지 확인하기 위해 공식적인 사용자 연구가 필요하며, 표준 데이터 해석 작업에서 인지 부담 증가 여부를 평가할 필요가 있음을 인정한다.