美化图表—标题、坐标轴与图例

在第一期的plot sin(x)代码中，我们图表，函数sin，tan，轴x,y分别单独命名。本期我们将介绍使用 set title、set xlabel、set ylabel 添加图表标题和坐标轴说明（包括单位和含义）。

一、标题与标签

标题概括图表核心内容，坐标轴标签说明变量与单位，两者不仅提升可读性、避免误解，也是满足学术或技术出版要求的必要元素。

在这里Shift+Enter是换行

基本语法

set title

该命令用于设置显示在图表正上方的标题。

bash

set title {"标题文本"} {选项}

标题文本：用引号括起来的字符串。

set xlabel 和 set ylabel

这两条命令分别设置 X 轴和 Y 轴的说明文字。为了让信息更完整，建议在标签中包含单位。

bash

set xlabel {"轴标签文本"} {选项}
set ylabel {"轴标签文本"} {选项}

小技巧：Gnuplot 支持增强文本模式（Enhanced text），可以通过添加特殊语法实现上下标、希腊字母等。例如，set ylabel "温度 ({}^\\circ C)" 可以显示摄氏度符号。不过，在 LiiiSTEM 环境中，您也可以直接使用 Unicode 字符，如 ℃。

标题设置详解

基本标题

最简单的形式就是直接添加文本：

bash

set title "正弦波函数"
plot sin(x)

效果：图表上方显示“正弦波函数”。

字体控制

可以使用 font 选项指定字体名称和大小：

bash

set title "正弦波函数" font "Times,20"

字体名称取决于系统支持的字体（如 “Arial”、“Times”、“Helvetica”），字号以点（pt）为单位。

文本颜色

通过 textcolor（简写 tc）设置颜色：

bash

set title "重要结果" textcolor rgb "red"

颜色可以用颜色名称（如 “red”、“blue”）、RGB 十六进制（如 “#FF0000”）或颜色变量表示。

标题位置

默认标题位于图表上方居中。可以通过 offset 微调位置：

bash

set title "偏移标题" offset 0, -1   # 向下偏移 1 个字符高度

offset 后面跟两个数值：水平偏移（字符宽度为单位）、垂直偏移（字符高度为单位）。正值向右/向上，负值向左/向下。

多行标题

如果需要多行标题，可以在文本中使用换行符 \n：

bash

set title "第一行\n第二行"

注意：换行符在部分终端中可能需要转义，建议用双引号括起来。

坐标轴标签设置

基本标签

bash

set xlabel "时间 (s)"
set ylabel "速度 (m/s)"
plot 'data.txt' using 1:2

效果：x 轴下方显示“时间 (s)”，y 轴左侧显示“速度 (m/s)”。

包含单位和含义

在科学绘图中，标签通常包含变量名和单位，例如：

“温度 (K)”
“压力 (Pa)”
“浓度 (mol/L)”

确保单位使用标准符号，并用括号括起来，与变量名之间留一个空格（如“温度 (K)”），这是常见的规范。

字体与颜色

与标题类似，可以使用 font 和 textcolor 选项：

bash

set xlabel "频率 (Hz)" font "Arial,14" textcolor rgb "blue"

位置微调

有时标签可能太靠近坐标轴数字，可以使用 offset 调整距离：

bash

set xlabel "时间 (s)" offset 0, 1   # 向下移动一点（正垂直偏移）
set ylabel "振幅" offset 2, 0       # 向右移动一点

注意：对于 y 轴标签，默认位置是左侧垂直居中。偏移量可根据需要调整。

旋转标签

如果标签文字过长，可以旋转以节省空间：

bash

set ylabel "非常长的坐标轴标签" rotate by 90

rotate by 角度 可以让标签旋转指定度数（通常 90 度用于纵轴，但 Y 轴默认已经是纵向，旋转 0 度可变为水平）。

特殊字符与格式化

科学绘图常需要希腊字母、上标/下标、数学符号等。Gnuplot 支持通过 Enhanced 文本模式（多数终端默认开启）使用类似 LaTeX 的语法。

常用特殊符号

希腊字母：使用 {/Symbol 字母名}，例如 {/Symbol a} 显示 α，{/Symbol b} 显示 β。或者直接使用 Unicode（需终端支持）。
上标：x^2 显示 $x^2$ ，x^{y+z} 显示 $x^{y+z}$ 。
下标：x_2 显示 $x\_2$ ，x_{i+1} 显示 $x\_{i+1}$ 。
组合：可以混合使用，如 T_{c}^{2} 显示 $T\_{c}^{2}$ 。

示例：

bash

set xlabel "温度 (°C)"   # 显示摄氏度符号
set ylabel "吸收系数 ({/Symbol a}) (cm^{-1})"

常见示例

效果	代码
速度 (m/s)	"速度 (m/s)"
温度 (K)	"温度 (K)"
角度 (θ)	"角度 ({/Symbol q})"
应力 (σ)	"应力 ({/Symbol s})"
面积 (m²)	"面积 (m^2)"
体积 (cm³)	"体积 (cm^3)"
浓度 (mol/L)	"浓度 (mol/L)"

二、图例管理

在 Gnuplot 中，图例（Key）是图表的重要组成部分，用于标识每条曲线的含义。本文将详细介绍如何通过 set key 命令灵活控制图例的位置与样式，以及如何使用 title 选项为每条曲线指定名称。

图例位置控制

基本位置关键词

Gnuplot 提供了直观的关键词来快速定位图例：

命令示例	效果
set key left	图例位于图形左侧
set key right	图例位于图形右侧（默认）
set key top	图例位于图形顶部
set key bottom	图例位于图形底部
set key center	图例位于图形中央

组合位置

关键词可以组合使用，实现更精确的定位：

bash

set key top left        # 左上角
set key top right       # 右上角（默认）
set key bottom left     # 左下角
set key bottom right    # 右下角
set key center right    # 右侧居中

图例样式美化

边框控制

bash

set key box             # 显示边框
set key nobox           # 隐藏边框（默认）
set key box lw 2 lc rgb "gray50"  # 边框线宽2，灰色

背景与透明

bash

set key box opaque       # 不透明背景（遮盖后面的图形）
set key box transparent  # 透明背景

图例条目样式

bash

set key spacing 1.5     # 条目之间的行间距（默认1.25）
set key width 2         # 图例框宽度
set key height 1        # 图例框高度
set key samplen 2       # 图例中样例线条的长度（默认4）

可以通过 samplen 调整样例线的长度，如果默认的线条长度不足以清楚显示线型（如虚线），可以适当增大该值。

文本与对齐

bash

set key font "Times,12"         # 设置字体和大小
set key textcolor rgb "blue"    # 设置文字颜色
set key Left                     # 文本左对齐（注意大写L）
set key reverse                  # 交换样例线和文本的位置
set key reverse Left            # 文本左对齐且样例线在右侧

reverse 通常与 Left 结合使用，让曲线名称出现在样例线之后，文本向左对齐。

图例标题

可以为整个图例添加标题：

bash

set key title "曲线说明"                # 简单标题
set key title "Powers of x" font "Helvetica,16"  # 带字体设置的标题

需要注意的是，如果同时启用 box 和标题，有时会发生对齐冲突，可能需要调整。

定制曲线名称

基本用法

在 plot 命令中，使用 title 为每条曲线指定图例名称：

bash

plot sin(x) title "正弦曲线", \
     cos(x) title "余弦曲线"

如果不想让某条曲线出现在图例中，使用 notitle：

bash

plot sin(x) notitle, cos(x) title "余弦曲线"  # 第一条曲线无图例

使用数据文件中的列标题

如果数据文件的第一行包含列名称，可以自动将其作为图例标题：

bash

# 数据文件 data.csv 第一行为：Time Temperature Pressure
plot 'data.csv' using 1:2 title columnhead(2), \
     'data.csv' using 1:3 title columnhead(3)

更简洁的方式是设置全局选项：

bash

set key autotitle columnhead    # 自动使用列标题作为图例
plot 'data.csv' using 1:2, '' using 1:3

动态生成标题

在循环绘图中，可以动态构建标题：

bash

plot for [i=2:6] 'datafile' using i title "第".i."列数据"

或者使用列标题：

bash

plot for [i=2:6] 'datafile' using i title columnhead(i)

引用说明

title 后的文本可以是：

带引号的字符串：title "实验数据"
字符串表达式：title sprintf("T=%dK", temp)
特殊值：title columnhead(N)使用第N列的第一行作为标题

三、坐标轴范围

默认情况下 Gnuplot 会自动设定坐标轴范围，但在聚焦局部细节、剔除异常值、统一多图比例或追求美学效果时，手动调整范围更为合适。

基本语法

set xrange 和 set yrange

语法为：

bash

set xrange [最小值:最大值]
set yrange [最小值:最大值]

范围可以留空，表示自动。例如，将 X 轴范围限定在 0 到 6，Y 轴从 0 开始：

bash

set xrange [0:6]
set yrange [0:*]   # 最小值固定为0，最大值自动

注意：设置范围时要确保所有数据点仍在可视区域内，否则部分曲线可能被裁剪。

恢复自动缩放

如果想回到自动范围，可以使用：

bash

set xrange restore   # 恢复上一次手动设置前的自动范围
set autoscale x      # 明确开启 x 轴自动缩放

或者直接不加参数：

bash

set xrange [*:*]     # * 表示自动

反向轴

可以通过将最小值大于最大值来实现坐标轴反向：

bash

set xrange [10:0]    # x 轴从 10 到 0（反向）

这在某些特殊绘图（如深度剖面）中很有用。

进阶用法

相对范围

有时我们希望坐标轴范围相对于数据的最大值/最小值进行扩展或收缩，可以使用 * 配合偏移：

bash

set xrange [*:10]    # 最小值自动，最大值固定为 10
set yrange [-2:*]    # 最小值固定 -2，最大值自动
set xrange [*:*]     # 完全自动（等同于恢复自动缩放）

还可以使用 set offsets 在自动范围基础上增加边距：

bash

set offsets 1, 1, 0.1, 0.1   # 左、右、下、上额外留出的空白

offsets 会在自动计算的范围上增加边距，避免曲线紧贴边框。

对数坐标轴

如果使用对数坐标（set logscale），设置范围时需注意数值应为正数：

bash

set logscale yset yrange [1e-2:1e2]   # 对数轴，范围从 0.01 到 100

三维绘图

对于三维图（splot），还有 set zrange 控制 z 轴范围，用法完全相同。

四、网格与边框

网格线能够极大地提升图表的可读性，帮助读者快速估算数据点的数值。

最简单的用法是：

bash

set grid

默认情况下，set grid 会在主刻度位置绘制灰色虚线网格。您还可以进一步定制网格的样式和密度：

bash

set grid xtics ytics   # 明确指定在 X 和 Y 主刻度上绘制网格
set grid mxtics mytics # 同时在次刻度上绘制更细的网格

五、实战练习：将第 3 期的图表进行全面的美化包装。

现在，我们将应用以上所有美化技巧，对上一期教程中的实验测量数据图表进行一次全面的升级改造。

原始数据回顾（exp_data.txt 文件内容）：

bash

任务：生成一幅标题清晰、坐标轴带单位、图例合理、坐标轴范围适当、带网格的专业折线图。

在 LiiiSTEM 中新建一个 Gnuplot 代码块，输入以下完整脚本：

bash

# ========== 全局设置 ==========
# 标题与坐标轴标签
set title "实验测量数据趋势图" font ",16"  # 设置字体大小（可选）
set xlabel "测量序号" font ",12"
set ylabel "数值 (m)" font ",12"

# 图例设置：放置在右下角，并添加浅色边框
set key bottom right box

# 坐标轴范围：X轴从0到6，Y轴从0到8（留出一点空白）
set xrange [0:6]
set yrange [0:8]

# 添加网格线（主刻度）
set grid

# ========== 自定义线条样式 ==========
# 定义样式1：红色线，圆形点，点大小为1.5，线宽2
set style line 1 lc rgb 'red' pt 7 ps 1.5 lw 2

# ========== 绘图 ==========
plot "exp_data.txt" using 1:2 with linespoints ls 1 title "测量值"

Liii STEM 中操作流程：

代码解析：

标题与标签：图表上方显示了“实验测量数据趋势图”，X 轴和Y 轴分别标注了“测量序号”和“数值 (m)”，信息完整。
图例：右下角出现了一个带框的图例，其中显示了“测量值”对应的红色线条和点的样式。
坐标轴范围：X 轴从0到6（比实际数据稍宽），Y 轴从0到8（数据最大值7.2，留有余地），使得整个图表看起来更舒适。
网格：灰色虚线网格均匀分布，极大地方便了数值的估算。
线条样式：自定义的红色线条与圆点，线宽适中，视觉效果突出。

在 Liii STEM 中，您还可以继续对图表中的文字、线条进行点击编辑，微调位置和样式，实现完全符合要求的最终输出。

六、命令速查表

完整版参考：Gnuplot官网

命令	功能	示例
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)"
set ylabel "..."	设置Y轴标签	set ylabel "位移 (m)"
set key <位置>	控制图例位置	set key top left
plot ... title "..."	指定曲线图例名	plot "data.dat" title "测量值"
set xrange [min:max]	设置X轴范围	set xrange [0:100]
set yrange [min:max]	设置Y轴范围	set yrange [-10:10]
set grid	添加网格线	set grid

参考文献

Python会话插件

Liii STEM X Gnuplot

美化图表—标题、坐标轴与图例

一、标题与标签

基本语法

标题设置详解

坐标轴标签设置

特殊字符与格式化

二、图例管理

图例位置控制

图例样式美化

定制曲线名称

三、坐标轴范围

基本语法

进阶用法

四、网格与边框

五、实战练习：将第 3 期的图表进行全面的美化包装。

六、命令速查表

参考文献

Python会话插件

美化图表—标题、坐标轴与图例 ​

一、标题与标签 ​

基本语法 ​

标题设置详解 ​

坐标轴标签设置 ​

特殊字符与格式化 ​

二、图例管理 ​

图例位置控制 ​

图例样式美化 ​

定制曲线名称 ​

三、坐标轴范围 ​

基本语法 ​

进阶用法 ​

四、网格与边框 ​

五、实战练习：将第 3 期的图表进行全面的美化包装。 ​

六、命令速查表 ​

美化图表—标题、坐标轴与图例

一、标题与标签

基本语法

标题设置详解

坐标轴标签设置

特殊字符与格式化

二、图例管理

图例位置控制

图例样式美化

定制曲线名称

三、坐标轴范围

基本语法

进阶用法

四、网格与边框

五、实战练习：将第 3 期的图表进行全面的美化包装。

六、命令速查表