Liii STEM

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通过二维数据绘制二维图像 ​

在本教程中，我们将完整地走一遍从数据准备到图表生成的全过程，深入讲解 Gnuplot 最核心的绘图命令！

一、准备数据 ​

在 Liii STEM 中，您有两种方式为 Gnuplot 准备数据文件。

方法一：手动创建命令行数据块（适合少量数据） ​

准备一组简单的实验数据作为数据块，第一列作为 X 轴数据，第二列作为 Y 轴数据：

bash
$data << EOD
1 2.3
2 4.1
3 5.5
4 4.8
5 7.2
EOD

方法二：引入外部数据文件（适合已有数据文件） ​

如果您已有数据文件（如 data.txt, measurements.log 等），可以直接在后续的 Gnuplot 代码块中通过文件路径引用它。

文件内容示例：

bash
#表格1.
1 2.3
2 4.1
3 5.5
4 4.8
5 7.2

请确保您知道文件的准确存储位置，例如 Mac：~/Documents/data.txt，Windows：D:\exp_data.txt。

二、绘制图形 ​

plot 是 Gnuplot 中最基本和最常用的命令，用于绘制二维图形 。它的基本语法是：

bash
plot "文件名" [可选修饰词]

文件名：这是您要绘图的数据文件的名称，也可以使用$data替代。如果文件不在 Gnuplot 的当前工作目录中，您需要使用完整的路径。

基础示例

比如我们在 LiiiSTEM 中插入一个 Gnuplot 代码块，并输入以下最简单的绘图命令：

bash
$data << EOD
1 2.3
2 4.1
3 5.5
4 4.8
5 7.2
EOD

plot $data

当您运行这个代码块时，Gnuplot 会：

  1. 读取数据。

  2. 默认将文件中的第一列作为 X 轴数据，第二列作为 Y 轴数据。

  3. 生成一个由数据点构成的简单点图。

运行后，图表便会直接渲染在您的 Liii STEM 文档中，并且是可编辑的矢量图格式 。

三、选择数据列 ​

在很多情况下，您的数据文件可能不止两列，或者您想交换 X 轴和 Y 轴的数据来源。这时就需要用到using语句。using 是 plot 命令中最常用的数据修饰符，用于指定将文件中的哪些列绘制到图表上 。

基本语法：using <X列> : <Y列>

  • using 1:2：这是最常见的用法，表示使用文件中的第 1 列作为 X 轴，第 2 列作为 Y 轴。这与默认行为一致。

  • using 2:1：表示使用第 2 列作为 X 轴，第 1 列作为 Y 轴。

  • using 1：这是一个简写，等同于 `using 0:1`，即使用数据点的行号（从0开始）作为 X 轴，第1列作为 Y 轴。

进阶用法

using 的功能远不止选择列号。您还可以使用表达式对数据进行实时处理。

  • 表达式：using 1:($2*100)`这表示 X 轴使用第 1 列，Y 轴使用第 2 列的值乘以 100 后的结果。括号 () 和 $2（代表第2列的简写）是实现这个功能的关键 。

  • 字符串标签：如果数据文件的第一行是列标题（例如 Time Data），您可以直接用标题名来选择列，如 using "Time":"Data"。

示例：假设我们只想绘制之前数据文件中的数值，但希望 Y 轴的单位是厘米（原数据为米），可以这样写：

bash
$data << EOD
1 2.3
2 4.1
3 5.5
4 4.8
5 7.2
EOD

plot $data using 1:($2*100)

四、绘图风格 ​

with 语句用于控制图表中数据的呈现风格。Gnuplot 提供了丰富的绘图风格，下面介绍四种最常用的。

线图：with lines ​

将数据点按顺序用直线连接起来，适合展示趋势。

bash
plot $data using 1:2 with lines

点图：with points ​

只绘制数据点本身，不进行连线，适合展示数据分布。

bash
plot $data using 1:2 with points

线点图：with linespoints ​

同时绘制数据点和连接线，是 lines 和 points 的组合，信息最完整。

bash
plot $data using 1:2 with linespoints

脉冲图：with impulses ​

从 X 轴（或底线）到每个数据点绘制一条垂直线，形似脉冲，适合展示离散序列或频谱。

bash
plot $data using 1:2 with impulses

小贴士：您可以在一个 `plot` 命令中同时绘制多种风格，以便对比：

bash
plot $data using 1:2 with linespoints, \
     "" using 1:2 with impulses

五、实战练习：绘制实验测量数据的折线图 ​

现在，让我们将所有知识整合起来，完成一个完整的实战练习。

任务：使用我们之前创建的 `exp_data.txt` 文件，绘制一幅带有标题、坐标轴标签的折线图，并对图表进行美化。

步骤：

  1. 在 Liii STEM 中，新建或打开一个笔记文件。

  2. 确保 exp_data.txt 文件位于一个你知道的路径下（例如，与笔记文件相同的目录）。

  3. 插入一个新的 Gnuplot 代码块。

  4. 在代码块中输入以下完整命令：

    bash
    # 1. 设置图表标题和坐标轴标签
set title "实验测量数据趋势图"
set xlabel "测量序号"
set ylabel "数值 (m)"

# 2. 执行绘图命令（使用数据文件）
#    使用第1列作为X轴，第2列作为Y轴

plot "exp_data.txt" using 1:2 with linespoints ls 1 title "测量值"
  1. 运行该代码块。

预期结果：

代码解析：

  • set title、set xlabel、set ylabel：这些是 set 命令，用于设置图表的全局属性。

  • set grid：在图表背景中添加网格线。

  • set style line 1 ...：自定义一个编号为1的线条样式，包括颜色(lc rgb)、点类型(pt)和点大小(ps)。

  • ls 1：在 plot 命令yarn中调用刚刚定义的线条样式1。

  • title "测量值"：设置这条线在图例中的名称。

至此，您已经完成了在 LiiiSTEM 中使用 Gnuplot 从数据到图表的全流程。您可以自由修改数据文件或绘图命令，图表会随之更新，非常适合进行探索性的数据分析。

六、命令速查表 ​

完整版参考：Gnuplot官网

命令/语句功能示例
plot "文件名"核心绘图命令plot "mydata.dat"
using <X>:<Y>选择数据列using 2:3(用第2、3列绘图)
with <风格>设置绘图风格with points (绘制散点)
set title "..."设置图表标题set title "实验结果"
set xlabel "..."设置X轴标签set xlabel "时间 (s)"