[论文解读] Why scatter plots suggest causality, and what we can do about it

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

Data Visualization and Analytics参考文献 6被引用 4

一句话总结

该论文提出钻石图——将散点图旋转45°并采用1:1纵横比的可视化形式——以减少传统散点图中隐含的因果偏见，传统散点图通常被理解为y轴变量依赖于x轴变量。通过对两个变量进行对称处理并打破因果假设的视觉呈现，钻石图有助于识别纯粹的相关关系，交互式版本允许用户在标准散点图之间切换，以强化变量间无因果方向的对称性。

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.

研究动机与目标

• 为解决散点图在科学传播和媒体报道中被广泛误解为暗示因果关系的问题。
• 减少导致观察者认为y轴变量受x轴变量因果影响的认知偏见。
• 开发一种新的可视化格式，对两个变量进行对称处理，避免将其中一个视为自变量或因变量。
• 评估钻石图是否能够减轻从相关性中推断因果关系的倾向。
• 探索交互式钻石图的可行性与可用性，允许用户在标准散点图方向之间切换。

提出的方法

• 提出将标准散点图旋转45°以生成钻石图，通过视觉方式打破传统上将x轴视为自变量、y轴视为因变量的因果框架。
• 采用1:1的纵横比，而非通常使用的1.61:1黄金比例，以保持对称性并避免轴之间产生视觉层级。
• 将轴标签水平放置，以提升可读性，并在旋转布局下提供视觉锚定。
• 添加网格线以辅助理解，因为轴的旋转非标准。
• 设计交互式版本，允许用户顺时针或逆时针旋转钻石图，以查看数据在标准散点图方向下的呈现。
• 在逆时针旋转时对垂直轴进行翻转，以保持坐标系的一致对齐。

实验结果

研究问题

• RQ1 传统散点图是否因常规地将一个变量置于y轴（因变量）而无意中暗示了因果关系？
• RQ2 45°旋转的可视化形式（即钻石图）是否能减少从相关性中推断因果关系的倾向？
• RQ3 钻石图的设计是否能有效传达变量间的对称性，而不将任一变量视为自变量或因变量？
• RQ4 与标准散点图相比，解读钻石图形式的数据是否存在认知成本？
• RQ5 交互式钻石图是否能帮助用户理解数据中并未暗示任何因果方向？

主要发现

• 传统散点图通过常规地将因变量置于y轴、自变量置于x轴，隐含地暗示了因果关系，导致观察者即使在无实际因果关系时也假设存在因果联系。
• 钻石图通过45°旋转和对称的轴处理方式，视觉上打破了因果框架，促使观察者将关系理解为纯粹的相关关系。
• 交互式钻石图允许用户在标准散点图方向之间切换，强化了两个变量本身并无固有的自变量或因变量角色。
• 研究人员及社交媒体用户的初步反馈表明，钻石图概念获得积极评价，部分用户甚至独立提出了相同的45°旋转构想。
• 作者承认，尚需正式的用户研究来确认钻石图是否能减少因果误读，并评估其在标准数据解读任务中是否带来认知负荷的增加。