2021年4月22日 星期四

Plot @ gnuplot

 對於在Linux下工作的人,如果你經常要畫一些二維圖和簡單的三維圖的話,那麼,gnuplot無疑是一個非常好的選擇,不僅圖形漂亮,而且操作簡單。當

然如果需要品質更高的三維圖,請用其他的一些專業繪圖軟體。建議大家學會使用gnuplot。這個小軟體通常都是Redhat
Linux內建的,但內建的版本是3.7的,建議將其升級到4.0,新版本具有很多新功能。最新版本可以到
http://www.gnuplot.info/
下載。

些最基本的操作請大家看說明書。這裡總結一下我在使用過程中遇到的一些問題以及解決的辦法,目的是讓那些以前不會的或不熟練的能快速入門,會畫自己想要的
圖,因為原來的說明書很長,較難有針對性地很快找到自己想要的資訊。這裡簡單的總結不可能面面俱到,所以大家不要抱怨我寫的不全,更全面的瞭解還是請看說
明書,網上的資料也多的是。其實這也是我們從網上一點一點搜集和摸索出來的。我相信看完後,應該平時最常見的問題基本上都能在這裡找到答案。如果大家在使
用過程中摸索到了我沒有寫到的技巧和體會,或有其它建議,請大家提告訴我,以不斷完善這篇總結,謝謝。
一、基礎篇:
在linux命令提示字元下運行gnuplot命令啟動,輸入quit或q或exit退出。
1、plot命令
gnuplot> plot sin(x) with line linetype 3 linewidth 2 或
gnuplot> plot sin(x) w l lt 3 lw 2    %用線畫,線的類型(包括顏色與虛線的類型)是3,線的寬度是2,對函數sin(x)作圖
gnuplot> plot sin(x) with point pointtype 3 pointsize 2  或
gnuplot> plot sin(x) w p pt 3 ps 2    %用點畫,點的類型(包括顏色與點的類型)是3,點的大小是2
gnuplot> plot sin(x) title 'f(x)' w lp lt 3 lw 2 pt 3 ps 2    %同時用點和線畫,這裡title ‘f(x)’表示圖例上標'f(x)',如果不用則用預設選項
gnuplot> plot sin(x)    %此時所有選項均用預設值。如果缺某一項則將用預設值
gnuplot> plot ‘a.dat’ u 2:3  w l lt 3 lw 2 %利用資料檔案a.dat中的第二和第三列作圖
順便提一下,如這裡最前面的兩個例子所示,在gnuplot中,如果某兩個詞,按字母先後順序,前面某幾個字母相同,後面的不同,那麼只要寫到第一個不同的字母就可以了。如with,由於沒有其它以w開頭的詞,因此可以用 w 代替,line也可以用 l 代替。
2、同時畫多條曲線
gnuplot> plot sin(x) title ‘sin(x)’ w l lt 1 lw 2, cos(x) title ‘cos(x)’  w l lt 2 lw 2  %兩條曲線是用逗號隔開的。畫多條曲線時,各曲線間均用逗號隔開就可以了。
以上例子中是對函數作圖,如果對資料檔案作圖,將函數名稱換為資料檔案名即可,但要用單引號引起來。
3、關於圖例的位置
預設位置在右上方。
gnuplot> set key left  %放在左邊,有left 和right兩個選項
gnuplot> set key bottom  %放在下邊,只有這一個選項;預設在上邊
gnuplot> set key outside  %放在外邊,但只能在右面的外邊
以上三個選項可以進行組合。如:
gnuplot> set key left bottom  %表示左下邊
還可以直接用座標精確表示圖例的位置,如
gnuplot> set key 0.5,0.6  %將圖例放在0.5,0.6的位置處
4、關於座標軸
gnuplot> set xlabel ‘x’   %x軸標為‘x’
gnuplot> set ylabel ‘y’   %y軸標為’y’
gnuplot> set ylabel ‘DOS’ tc lt 3  %其中的tc lt 3表示’DOS’的顏色用第三種顏色。
gnuplot> set xtics 1.0    %x軸的主刻度的寬度為1.0,同樣可以為y軸定義ytics
gnuplot> set mxtics 3    %x軸上每個主刻度中畫3個分刻度,同樣可以為y軸定義mytics
gnuplot> set border 3 lt 3 lw 2 %設為第三種邊界,顏色類型為3,線寬為2
同樣可以為上邊的x軸(稱為x2)和右邊y(稱為y2)軸進行設定,即x2tics,mx2tics,y2tics,my2tics。
gnuplot> set xtics nomirror
gnuplot> unset x2tics     %以上兩條命令去掉上邊x2軸的刻度
gnuplot> set ytics nomirror
gnuplot> unset y2tics     %以上兩條命令去掉右邊y軸的刻度
5、在圖中插入文字
gnuplot> set label ‘sin(x)’ at 0.5,0.5  %在座標(0.5,0.5)處加入字串’sin(x)’。
在輸出為.ps或.eps檔案時,如果在set term 的語句中加入了enhanced選現,則可以插入上下標、希臘字母和特殊符號。上下標的插入和latex中的方法是一樣的。
6、在圖中添加直線和箭頭
gnuplot> set arrow from 0.0,0.0 to 0.6,0.8    %從(0.0,0.0)到(0.6,0.8)畫一個箭頭
gnuplot> set arrow from 0.0,0.0 to 0.6,0.8 lt 3 lw 2   %這個箭頭顏色類型為3,線寬類型為2
gnuplot> set arrow from 0.0,0.0 to 0.6,0.8 nohead lt 3 lw 2  %利用nohead可以去掉箭頭的頭部,這就是添加直線的方法。
注意,在gnuplot中,對於插入多個的label和arrow等等,系統會預設按先後順序分別對各個label或arrow進行編號,從1開始。如果以後要去掉某個label或arrow,那麼只要用unset命令將相應的去掉即可。如:
gnuplot> unset arrow 2
將去掉第二個箭頭。
7、圖的大小和位置
gnuplot>set size 0.5,0.5  %長寬均為預設寬度的一半,建議用這個取值,尤其是畫成ps或eps圖形的時候
gnuplot>set origin 0.0,0.5   %設定圖的最左下角的那一點在圖形面板中的位置。這裡圖將出現在左上方。
8、畫三維圖
gnuplot>splot ‘檔案名稱’ u 2:4:5  %以第二和第四列作為x和y座標,第五列為z座標。
9.將圖形輸出到檔案

gnuplot中,輸出檔案的格式是由terminal來控制的。預設的情況下,都是輸出到螢幕,即終端模式為X11。如果想輸出到檔案,則必須對
terminal進行設定。要瞭解有那些終端類型,可以輸入 set
terminal後斷行符號,所有支援的終端模式(或檔案格式)都列出來了。就我來說,輸出檔案的格式用得最多的是ps和eps檔案。這在運行畫圖命令
plot或splot前必須先運行如下兩條命令:
gnuplot>set term post eps color solid enh
gnuplot>set output ‘a.eps’

中第一條命令為設定終端模式,post即為postscript模式,這是輸出到ps或eps檔案必須有的。後面的eps,color,solid以及
enh選項均可以有或沒有,根據你的需要。eps表示輸出為eps檔案,沒有就輸出為ps檔案;color表示輸出圖形為彩色,不用就會儲存為黑白
的;solid表示輸出圖中的所有線都用實線,不用則除了第一條線為實線外,其它的均用不同的虛線;使用enh(enhanced)選項可以在圖中插入上
下標、希臘字母和特殊符號,不用則不能實現這些功能。後面的選項可以根據自己的需要選擇一個或幾個。
第二條命令對output的設定表示要輸出的檔案的名字。但是請注意,運行完這條命令後,還僅僅是定義了輸出檔案的名字,實際上,圖還沒畫到這個檔案裡去。因此運行這兩條命令還只是進行了必須的設定。然後運行如下命令
gnuplot>plot sin(x) w l

gnuplot>replot(假如前面已經運行過plot或replot命令的話)
這時,圖形就在上面指定的檔案中了。
要輸出為其它格式,同樣要進行這樣的設定,比如要輸出為jpg格式,則在運行畫圖命令前先運行如下命令:
gnuplot>set term jpeg
gnuplot>set output ‘a.jpg’
如果要由其它模式再返回到輸出到螢幕,則運行如下命令:
gnuplot>set term X11
二、提高篇:

1、如何在同一張圖裡同時畫多個圖

gnuplot>set multiplot   %設定為多圖模式
gnuplot>set origin 0.0,0.5   %設定第一個圖的原點的位置
gnuplot>set size 0.5,0.5  %設定第一個圖的大小
gnuplot>plot “a1.dat”
gnuplot>set origin 0.5,0.5   %設定第二個圖的原點的位置
gnuplot>set size 0.5,0.5   %設定第二個圖的大小
gnuplot>plot “a2.dat”
gnuplot>set origin 0.0,0.0   %設定第三個圖的原點的位置
gnuplot>set size 0.5,0.5  %設定第三個圖的大小
gnuplot>plot “a3.dat”
gnuplot>set origin 0.5,0.0   %設定第四個圖的原點的位置
gnuplot>set size 0.5,0.5  %設定第四個圖的大小
gnuplot>plot “a4.dat”
當然,如果後一個圖中的某個量的設定和前一個的相同,那麼後一個中的這個量的設定可以省略。例如上面對第二、第三和第四個圖的大小的設定。前一個圖中對某個量的設定也會在後一個圖中起作用。如果要取消在後面圖中的作用,必須用如下命令,如取消label,用
gnuplot>unset label
2、作二維圖時,如何使兩邊座標軸的單位長度等長
gnuplot> set size square    %使圖形是方的
gnuplot> set size 0.5,0.5    %使圖形是你要的大小
gnuplot> set xrange[-a:a]
gnuplot> set yrange[-a:a]    %兩座標軸刻度範圍一樣
gnuplot> plot ‘a.dat’
3、如何在同一張圖裡利用左右兩邊的y軸分別畫圖
gnuplot> set xtics nomirror   %去掉上面座標軸x2的刻度
gnuplot> set ytics nomirror   %去掉右邊座標軸y2的刻度
gnuplot> set x2tics       %讓上面座標軸x2刻度自動產生
gnuplot> set y2tics     %讓右邊座標軸y2的刻度自動產生
gnuplot> plot sin(x),cos(x) axes x1y2    %cos(x)用x1y2座標,axes x1y2表示用x1y2座標軸
gnuplot> plot sin(x),cos(x) axes x2y2     %cos(x)用x2y2座標,axes x2y2表示用x2y2座標軸
gnuplot> set x2range[-20:20]   %設定x2座標的範圍
gnuplot> replot
gnuplot> set xrange[-5:5]  %設定x座標的範圍
gnuplot> replot
gnuplot> set xlabel 'x'
gnuplot> set x2label 't'
gnuplot> set ylabel 'y'
gnuplot> set y2label 's'
gnuplot> replot
gnuplot> set title 'The figure'
gnuplot> replot
gnuplot> set x2label 't' textcolor lt 3    %textcolor lt 3或tc lt 3設定座標軸名稱的顏色
4、如何插入希臘字母和特殊符號
一般只能在ps和eps圖中,且必須指定enhanced選項。在X11終端(即顯示器)中無法顯示。
gnuplot> set terminal postscript enhanced然後希臘字母就可以通過{/Symbol a}輸入。例如
gnuplot> set label ‘{/Symbol a}’
各種希臘字母與特殊符號的輸入方法請見安裝包中gnuplot-4.0.0/docs/psdoc目錄下的ps_guide.ps檔案。
另外還可參見:
http://t16web.lanl.gov/Kawano/gnuplot/label-e.html#4.3
5、gnuplot中如何插入Angstrom(埃)這個符號(A上面一個小圓圈)
指令碼中在插入前先加入
gnuplot>set encoding iso_8859_1
這個命令,然後就可以通過“{\305}”加入了。如橫座標要標上“k(1/?)”:
gnuplot>set xlabel 'k(1/{\305})
如果是multiplot模式,則這個命令必須放在
gnuplot>set multiplot
的前面。
如果後面還要插入別的逸出字元,那麼還要在插入字元後加入如下命令:
set encoding default
安裝包中gnuplot-4.0.0/docs/psdoc/ps_guide.ps檔案中的表中的‘E’代表那一列的所有符號都用這個方法輸入。
6、gnuplot畫等高線圖
gnuplot>splot  ‘檔案名稱.dat’  u 1:2:3  w  l   %做三維圖
gnuplot>set dgrid3d 100,100 %設定三維圖表面的網格的數目
gnuplot>replot
gnuplot>set contour    %設定畫等高線
gnuplot>set cntrparam  levels  incremental -0.2,0.01,0.2   %設定等高線的疏密和範圍,資料從   -0.2到0.2中間每隔0.01畫一條線
gnuplot>unset surface   去掉上面的三維圖形
最後用滑鼠拽動圖形,選擇合理的角度即可。或者直接設定(0,0)的視角也可以:
gnuplot>set view 0,0
gnuplot>replot
這裡注意,畫三維圖的資料檔案必須是分塊的,也就是x每變換一個值,y在其變化範圍內變化一周,這樣作為一塊,然後再取一個x值,y再變化一周,作為下一資料區塊,等等。塊與塊之間用一空行格開。
7、如何畫漂亮的pm3d圖
gnuplot> set pm3d                %設定pm3d模式
gnuplot> set isosamples 50,50       %設定網格點
gnuplot> splot x**2+y**2          %畫三維圖
gnuplot> splot x**2+y**2 w pm3d   %畫成pm3d模式,注意比較變化
gnuplot> set view 0,0              %設定視角,(0,0)將投影到底面上去
gnuplot> splot x**2+y**2 w pm3d   %重畫,注意看變化
gnuplot> unset ztics               %把z軸上的數字給去掉
gnuplot> set isosamples 200,200     %使網格變細
gnuplot> replot                   %重畫,注意看變化,主要是過渡更光滑
8、利用指令檔避免重複輸入
有時候對某個資料檔案做好一張圖後,下次可能還要利用這個資料檔案作圖,但某個或某些設定要作些細微變化。這時候,可以把第一次作圖時的命令全部寫到一個檔案裡,如a.plt,下次只要將相應的設定做修改後,用下面的命令就會自動運行檔案所有的命令而最後得到你要的圖:
gnuplot>load ‘a.plt’
作為一個例子,假設檔案名稱為a.plt,裡面的內容為:
set pm3d 
set view 0,0 
unset ztics 
set isosamples 200,200 
splot x**2+y**2 w pm3d
set term post color
set output ‘a.ps’
replot
那麼啟動gnuplot後,只要運行如下命令就可以了:
gnuplot>load ‘a.plt’
如果我們要得到的僅僅是.ps或.eps圖,那也可以在linux命令提示字元下直接運行如下命令:
[zxh@theory zxh]$gnuplot a.plt
9、在gnuplot模式下運行linux命令
在gnuplot提示符下也可以運行linux命令,但必須在相應的命令前面加上 ! 號。例如,假設很多參量都已經設定好了,但需要對某個資料檔案a.dat進行修改後再畫圖,則可以用如下方式
gnuplot>!vi a.dat
通過這種方式,所有的linux命令都可以在gnuplot環境裡運行。
另外,也可以在gnuplot的提示符後輸入shell,暫時性退出gnuplot,進入linux環境,做完要做的事情後,運行exit命令,又回到gnuplot環境下。
gnuplot>shell
[zxh@theory zxh]$vi a.f
[zxh@theory zxh]$f77 a.f
[zxh@theory zxh]$a.out    (假設產生a.dat資料檔案)
[zxh@theory zxh]$exit
gnuplot>plot ‘a.dat’ w l 
                    
                

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