# On the interpretation of a regression model

Yesterday, (aka @NaytaData ) posted a nice graph on reddit, with bicycle traffic and mean air temperature, in Helsinki, Finland, per day,

I found that graph interesting, so I did ask for the data ( kindly sent them to me tonight).

 df=read.csv("cyclistsTempHKI.csv") library(ggplot2) ggplot(df, aes(meanTemp, cyclists)) + geom_point() + geom_smooth(span = 0.3)

But as mentioned by someone on twitter, the interpretation is somehow trivial : people get out on their bike when the weather is nice. The hotter, the more cyclists on the road. Which is interpreted here in a causal way…

But actually, we can also visualize the data as follows, as suggested by Antoine Chambert-Loir

 ggplot(df, aes(cyclists, meanTemp)) + geom_point() + geom_smooth(span = 0.3)

The interpretation would be, somehow, that the more cyclists on the road, the hotter it is. Why not consider this causal interpretation here ? Like cyclists go so fast, or sweat so much, that they increase temperature…

Of course, it is the standard (recurrent) discussion “correlation is not causality”, but in regression models, we like to tell a story, to pretend that we have some sort of a causal story. But we do not prove it. Here, we know that the first one is more credible than the second one, but how do we know that ? To go further, how can we use machine learning techniques to prove causal relationships ? How could a machine choose between the first and the second story ?

# John Snow, and Google Maps

In my previous post, I discussed how to use OpenStreetMaps (and standard plotting functions of R) to visualize John Snow’s dataset. But it is also possible to use Google Maps (and ggplot2 types of graphs).

library(ggmap)
get_london <- get_map(c(-.137,51.513), zoom=17)
london <- ggmap(get_london)

Again, the tricky part comes from the fact that the coordinate representation system, here, is not the same as the one used on Robin Wilson’s blog.

> library(maptools)
> setwd("/cholera/")
coords.x1 coords.x2
0  529308.7  181031.4
1  529312.2  181025.2
2  529314.4  181020.3
3  529317.4  181014.3
4  529320.7  181007.9
5  529336.7  181006.0
> X <- deaths@coords

or, use d X_deaths.RData. So now, we have to change it

df_deaths <- data.frame(X)
library(sp)
library(rgdal)
coordinates(df_deaths)=~coords.x1+coords.x2
proj4string(df_deaths)=CRS("+init=epsg:27700")
df_deaths = spTransform(df_deaths,CRS("+proj=longlat +datum=WGS84"))

Here, we have the same coordinate system as the one used in Google Maps. Now, we can add a layer, with the points,

london + geom_point(aes(x=coords.x1, y=coords.x2),data=data.frame(df_deaths@coords),col="red")

Again, it is possible to add the density, as an additional layer,

london + geom_point(aes(x=coords.x1, y=coords.x2),
data=data.frame(df_deaths@coords),col="red")+
geom_density2d(data = data.frame(df_deaths@coords),
aes(x = coords.x1, y=coords.x2), size = 0.3) +
stat_density2d(data = data.frame(df_deaths@coords),
aes(x = coords.x1, y=coords.x2,fill = ..level.., alpha = ..level..),size = 0.01, bins = 16, geom = "polygon") + scale_fill_gradient(low = "green", high = "red",guide = FALSE) +
scale_alpha(range = c(0, 0.3), guide = FALSE)

# We are winter

Non, pas de billet pour annoncer la reprise de Game of Thrones dans les jours à venir. Mais un billet rapide pour rappeler qu’au Canada, l’hiver, c’est un sujet important, et sérieux.

C’est ce thème qu’avait repris le Comité Olympique Canadien avant et pendant les Jeux.

Et lors de mon excursion au Mexique la semaine passée (où nous avons retrouvé des collègues chiliens d’ailleurs), je me suis rendu compte que les Jeux Olympiques d’hiver n’intéressaient que peu de monde, en dehors des Canadiens, et des nations qui subissent l’hiver, comme les Russes, ou les Norvégiens (entre autres). Un autre point comment de toutes ces nations est d’avoir un intérêt très fort pour un endroit important d’un point de vue géopolitique, le pôle nord. Et on m’a demandé d’intervenir dans une conférence de Thierry Garcin, et Philippe Reka. J’ai toujours un plaisir fou à discuter avec Philippe, donc c’est avec plaisir que je viendrais, mais j’avoue (une nouvelle fois) avoir du mal à trouver ma place (oui, je suis un peu le sparadrap du capitaine Haddock)

Il y a tout juste un an, Philippe publiait dans le Monde Diplo un article inspirant sur la Cartographie Radicale,

Depuis des décennies, la cartographie traditionnelle revendique le statut de science exacte s’appuyant sur des données fiables. Elle se targue de fournir une image neutre et fidèle de la réalité. Mais une telle approche fait l’impasse sur l’utilisation politique et sociale de la carte, et sur son rôle tant de propagande que de contestation. Depuis le début des années 2000, et dans le désordre, émerge une pratique cartographique qui se dit « radicale » (on parle aussi de « cartographie critique » ou de « contre-cartographie »), riche combinaison revendiquée d’art, de sciences, de géographie, de politique et de militantisme social. Les cartographes orthodoxes ont vu naître avec beaucoup de méfiance les premiers projets exploratoires qui bousculaient, voire cassaient, les codes. « On peut “crobarder” des schémas réducteurs donnant l’illusion de la synthèse, et en faire des figures de style prétentieuses, écrivait un cartographe professionnel en écho à l’une des toutes premières expositions de cette mouvance. La carte géographique, ce fantastique outil de savoir et d’appréhension de l’espace et du monde, se voit ravalée au rang de simple outil de prestidigitation. »

C’est peu dire que le symposium « Art and Cartography — Cartography and Art », organisé par l’Académie des beaux-arts et l’Université technique de Vienne (Autriche) en février 2008, fut le théâtre d’intenses discussions, où s’exprimèrent des positions inconciliables. La cartographie engagée a trouvé la voie d’une forme de contestation au service de la justice sociale, dénonçant des pratiques politiques et économiques douteuses. Elle est un exercice libre de déconstruction de l’espace et des phénomènes sociaux, pour lequel les protagonistes se permettent de pervertir les conventions les plus classiques. Les premiers à s’en emparer furent des artistes, mais aussi des architectes, des urbanistes et des militants, rejoints plus tard par des géographes. Les projets, individuels ou collectifs, se sont surtout multipliés en Argentine, aux Etats-Unis, en Suisse, en Allemagne et en France, couvrant un champ thématique assez large (finance, surveillance et sécurité, marketing, environnement, organisation des territoires, pour ne donner que quelques exemples), et profitant largement de la puissance des outils de la cartographie participative et des réseaux sociaux.

Déchiffrer pour dénoncer, mettre en images des processus peu visibles qui concourent à confisquer l’espace public (voire des biens publics), à compromettre les libertés individuelles, à détourner des lois, tels sont les principaux objectifs des promoteurs de cette cartographie. Dans cet esprit, informer n’est qu’un début. L’étape suivante de la démarche reste l’action pour le changement sur le terrain. Largement informelle, cette initiative se reconnaît quelques affinités avec les mouvements de résistance tels que celui des « indignés » ou Occupy. Ainsi, le collectif d’artistes argentins Grupo de Arte Callejero ne s’est pas contenté de dénoncer les bourreaux de l’ancienne dictature en cartographiant les lieux de leur paisible retraite : il a aussi organisé des itinéraires « touristiques » qui passaient par leurs domiciles et mené campagne sur des panneaux publicitaires… Le projet « Duty Free Shop », en ce qu’il se propose de déconstruire, rendre lisible et donc fragiliser un processus d’aliénation des citoyens dans un espace public, s’inscrit de plain-pied dans ce mouvement pétillant.

En tant qu’amateur (plus qu’expert) de visualisation de données, je rejoins complètement Philippe dans sa lecture critique (je ne vois les cartes que comme un support graphique parmi beaucoup d’autres). Philippe a ainsi proposé une très jolie visualisation de l’arctique.

Et comme souvent, Philippe a raison. Pour comprendre l’arctique, il faut avoir une visualisation claire. Car comme beaucoup de monde, j’ai été éduqué avec des cartes qui ressemblaient à ça

Autrement dit, pour moi, l’arctique et le pôle nord ont longtemps été des concepts flous, un peu comme l’horizon… c’est au nord, tout là haut. Par contre, j’ai bien conscience que l’antarctique existe, par exemple, mais les cartes usuelles ne nous permettent de prendre conscience de sa superficie (un peu moins de deux fois la taille de l’Australie). D’ailleurs, si on va sur https://www.google.ca/maps/place/North+Pole/ on peut voir (en butant contre la partie supérieure de la carte) qu’on ne voit rien, si on cherche à visualiser ce pôle nord (même s’il est sous la glace)

Comme le notait ma fille, le pôle nord est une enjeu stratégique important car c’est là que se trouve le village du père Noël (c’est manifestement la croyance répandue en Amérique). Et si le père Noël n’existe pas (c’est ce que pense ma fille), peut être que le pôle nord n’existe pas non plus ? Le premier défi est donc d’avoir une visualisation aussi pertinente que possible du pôle. Je vais donc revenir un peu sur les problématique de projection. Car les Soviétiques ne se trompaient pas lorsqu’ils représentèrent l’arctique avec un point de vue qui donnait l’impression que l’arctique était russe,

Pour appréhender les projecteurs, deux ouvrages fabuleux expliquent cela très clairement. Flattening the Earth – Two Thousand Years of Map Projections de John Parr Snyder, mais aussi (et surtout) How to Lie with Maps de Mark Monmonier. Mark Monmonier a également publié un livre passionnant sur le sujet (en particulier le chapitre 6), intitulé Air Apparent – How Meteorologists Learned to Map, Predict, and Dramatize Weather

Pour visualiser le pôle nord, on peut utiliser quelques fonctions simples (basées sur un travail en cours avec @3wen), pour visualiser différentes projections. On va ici mettre l’accent sur trois pays importantes quand on parle du pôle nord, le Canada, la Russie, et le Groenland (qui est techniquement un pays consultatif), et sur trois deux régions, une située à moins de 1500km du pôle nord, et l’autre à 3000km du pôle (soit un peu en dessous du cercle arctique)

Si on veut changer de point de vue, on peut visualiser l’animation suivante

D’ailleurs, si on compare la proportion du disque occupé par chacun des pays (j’ai pris ici chacune des huit pays de l’arctique), on obtient, avec en abscisse la distance au pôle, et en ordonnée, la proportion du disque occupée par chacun des pays, avec le Canada (rouge), la Russie (bleu) et le Groenland (vert)

Techniquement, le pôle pose de réels soucis car la plupart des données sont représentées par leur latitude, et leur longitude. Les pôles sont les seuls points – dans cette représentation – à avoir une infinité de coordonnées !

La latitude est de 90°, mais toutes les longitudes sont valides. On a ainsi des soucis y compris sur les cartes construites à partir de données satellites, qui pourtant pourraient balayer uniformément la sphère.

Le pôle nord peut ainsi compter beaucoup de discontinuités, uniquement à cause de la représentation des données par la latitude et la longitude : en quelques kilomètres, on passe d’une zone rouge à une zone blanche, ce qui pose des soucis de lissage de la carte (les données n’étant manifestement pas considérées ici comme circulaire pour le lissage).

Maintenant, plus qu’un point sur la carte, on peut voir le pôle nord comme une région, et non pas comme un point sur la sphère, défini très arbitrairement. Bon, j’exagère un peu ici, car le pôle nord est défini par l’axe de rotation de la terre,

qui va induire une espère de symétrie, par exemple sur le climat. Mais le second problème, selon moi, qui va alors apparaître est que le pôle nord vu comme un territoire (un territoire de glace) est alors un territoire qui va changer avec les saisons.

Par exemple, en septembre dernier, la glace occupait la région suivante, ce qui montre que peu de pays peuvent effectivement rejoindre le pôle nord ‘à pieds’ quel que soit le moment de l’année.

On continue de travailler avec @3wen sur le sujet, mais le sujet et vaste, ambitieux… et complexe ! à suivre donc…