차원 축소(Dimensionality Reduction, DR)는 시각 분석에서 가장 널리 사용되지만 동시에 가장 쉽게 오해되는 도구 중 하나이다. 따라서 DR을 활용한 시각 분석은 신뢰성을 잃기 쉽다. 다시 말해, 분석...

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서울 : 서울대학교 대학원, 2026
학위논문(박사) -- 서울대학교 대학원 , 컴퓨터공학부 데이터 시각화, 인간-컴퓨터 상호작용 , 2026. 2
2026
영어
621.39
서울
xviii, 206 ; 26 cm
지도교수: 서진욱
I804:11032-000000196128
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다운로드차원 축소(Dimensionality Reduction, DR)는 시각 분석에서 가장 널리 사용되지만 동시에 가장 쉽게 오해되는 도구 중 하나이다. 따라서 DR을 활용한 시각 분석은 신뢰성을 잃기 쉽다. 다시 말해, 분석...
차원 축소(Dimensionality Reduction, DR)는 시각 분석에서 가장 널리 사용되지만 동시에 가장 쉽게 오해되는 도구 중 하나이다. 따라서 DR을 활용한 시각 분석은 신뢰성을 잃기 쉽다. 다시 말해, 분석에서 얻은 인사이트가 실제 데이터를 정확히 반영하지 못해 잘못된 지식 형성과 의사결정으로 이어질 수 있다. 이러한 문제는 DR 투영이 원래 데이터의 모든 특성을 본질적으로 포착할 수 없으며, 이러한 한계가 분석 과정에서 충분히 고려되지 않는 데에서 비롯된다.
본 학위논문에서는 DR 기반 시각 분석의 신뢰성을 향상시키는 방법을 제안한다. 먼저, 시각 분석에서 DR을 사용할 때 실무자들이 직면하는 신뢰성 문제를 이해한다. 우리는 인터뷰 연구와 문헌 조사를 결합하여 실무자들이 실제로 DR을 어떻게 활용하는지 상세히 분석하였다. 이후 세 가지 주요 문제를 해결하기 위한 기술을 설계하였다. 첫째, 대표적인 DR 기법인 t-SNE와 UMAP의 만연한 오용을 완화한다. 이 기법들은 군집 및 클래스 분리도를 과도하게 부각시키기 때문에 심미적으로 보기 좋다는 이유로 부적절한 분석 작업에 잘못 사용된다. 기존 DR 평가 지표들은 클래스 레이블을 기반으로 하기 때문에, 클래스를 곧바로 군집의 정답으로 간주하며 이러한 편향을 더욱 증폭시킨다. 이에 우리는 실무자들이 군집 분석을 더 신뢰성 있게 지원하는 투영을 식별할 수 있도록 하는 새로운 평가 지표를 제안한다. 둘째, DR 하이퍼파라미터의 체리 피킹 문제를 해결한다. 적절한 평가 지표가 있더라도, DR 기법 선택과 하이퍼파라미터 최적화는 많은 시행착오를 요구하며, 이는 실무자들이 기본 설정에 의존하거나 임의로 하이퍼파라미터를 골라 쓰게 만든다. 우리는 데이터셋 특성을 자동으로 반영하여 최적의 투영을 효율적으로 탐색하는 적응형 최적화 워크플로우를 제안하여 분석가들이 체계적으로 최적화를 시행하도록 유도한다. 셋째, DR 투영에서의 상호작용 오류를 줄인다. 고차원 공간은 저차원 공간보다 훨씬 높은 자유도를 가지므로, 적절히 최적화된 DR 투영에서도 왜곡을 완전히 피할 수 없다. 이러한 왜곡은 DR 투영 상에서 사용자가 수행하는 브러싱과 같은 상호작용을 부정확하게 만든다. 우리는 사용자가 군집을 탐색할 때 왜곡을 보정해주는 Distortion-aware Brushing 기법을 제안하여, 사용자가 목표한 고차원 군집을 정확하게 포착할 수 있도록 지원한다.
마지막으로, DR 기반 시각 분석의 신뢰성을 근본적으로 강화할 수 있는 미래 연구 방향을 제시한다. 이는 관련 담론의 활성화부터 최적의 DR 투영을 자동으로 선택하는 방향까지를 포괄한다. 본 논문은 신뢰가능한 시각 분석의 더 폭넓은 적용을 위한 기반을 마련하며 마무리된다.
다국어 초록 (Multilingual Abstract)
Dimensionality reduction (DR) is one of the most commonly used yet most easily misinterpreted tools in visual analytics. Visual analytics using DR can thus easily be unreliable: insights derived from analysis may not accurately reflect the underlying ...
Dimensionality reduction (DR) is one of the most commonly used yet most easily misinterpreted tools in visual analytics. Visual analytics using DR can thus easily be unreliable: insights derived from analysis may not accurately reflect the underlying data, potentially leading to flawed knowledge and decision-making. This problem occurs because DR projections inherently cannot capture all characteristics of the original data, yet these limitations are often not adequately accounted for during analysis.
In this dissertation, we enhance the reliability of visual analytics with DR. At the beginning, we understand the reliability challenges practitioners encounter when using DR for visual analytics. Following a human-centric approach, we detail how practitioners leverage DR in practice by combining interview studies and literature review. We then address three challenges by designing technical solutions. At first, we mitigate the common misuse of famous DR techniques: t-SNE and UMAP. These techniques are misused for unsuitable analytical tasks as they exaggerate cluster and class separability, which practitioners perceive as "aesthetically pleasing". We find that existing DR evaluation metrics that leverage class labels amplify this bias as they favor projections that well separate the classes. This is because these existing metrics assume classes as ground truth clusters. We propose new metrics that escape from this assumption, provoking that classes are not clusters, enabling practitioners to identify projections that more reliably support cluster analysis. Second, we address the prevalent cherry-picking of hyperparameters. Even with proper evaluation metrics, selecting appropriate DR techniques and optimizing hyperparameters to maximize metric scores requires extensive trial and error, leading practitioners to rely on default settings or cherry-pick hyperparameters. We introduce a dataset-adaptive optimization workflow that significantly reduces the computational cost of optimizing DR projections, motivating practitioners to avoid cherry-picking hyperparameters and instead systematically optimize projections. Third, we make interactions in DR projections less erroneous. High-dimensional space has a significantly higher degree of freedom compared to a low-dimensional space. Thus, even properly optimized DR projections cannot fully escape from distortions in representing the original structure. Such distortions cause interactions on DR projections, such as brushing, to erroneously reflect users’ intentions. We address this problem by proposing a new brushing technique called Distortion-aware brushing, which corrects distortions as users investigate clusters, thereby helping them precisely capture the high-dimensional clusters they target.
Building on the insights from these studies, we outline future directions that can fundamentally enhance the reliability of DR-based visual analytics---spanning from facilitating relevant discourse to fully automating the selection of optimal DR projections. We conclude the thesis by discussing how our contributions lay the foundation for achieving more reliable visual analytics practices.
목차 (Table of Contents)