Ero sivun ”Gnuplot” versioiden välillä

← Vanhempi muutos

Gnuplot (muokkaa)

Versio 1. huhtikuuta 2020 kello 16.12

9 880 merkkiä lisätty , 1. huhtikuuta 2020

p

siirto luokkaan

Lahtis

Moderaattorit

10 147

muokkausta

@@ Rivi 1: / Rivi 1: @@
+{{DISPLAYTITLE:{{lcfirst:{{PAGENAME}}}}}}
 [[Kuva:gnuplot_esim.png|200px|right|thumb|Lämpötilan kuvaaja]]
-Gnuplot on komentorivipohjainen ohjelma numeerisen tiedoston muuntamiseksi graafiseksi 2D- tai 3D-esitykseksi.
+'''gnuplot''' on ammattitasoinen [[Portaali:Komentorivi | komentorivipohjainen]] ohjelma funktioiden kuvaajien ja numeerisen datan piirtämiseen 2D- tai 3D-esityksiksi. Sitä käytetään yleisesti esimerkiksi tuottamaan kuvaajia tieteellisiin artikkeleihin.
 == Peruskäyttö ==
 [[Kuva:gnuplot_sinx_x.png|200px|right|thumb|Funktion sin(x)/x kuvaaja]]
-Gnuplotin voi käynnistää komentoriviltä, jonka jälkeen gnuplot> -kehotteen perään syötetään tulostuskäskyt yksi kerrallaan. Monimutkaisemmat tulosteet kannattaa kuitenkin tehdä erillisiksi ajettaviksi tiedostoiksi.
+gnuplotin voi käynnistää komentoriviltä, jonka jälkeen <tt>gnuplot></tt>-kehotteen perään syötetään tulostuskäskyt yksi kerrallaan. Monimutkaisemmat tulosteet kannattaa kuitenkin tehdä erillisiksi ajettaviksi tiedostoiksi.
- $ gnuplot
+gnuplot käynnistetään komennolla
+ gnuplot
+jonka jälkeen aukeaa ohjelman päänäyttö, ja yleensä kerrotaan, että käytetään "x11":a eli graafista käyttöliittymää kuvaajien piirtämiseen (Gnuplot osaa piirtää tarvittaessa myös tekstimuotoisia kuvaajia):
          G N U P L O T
          --
   Terminal type set to 'x11'
+ gnuplot>
+X11:n sijaan voidaan käyttää myös <tt>wxt</tt>-päätettä, joka tarjoaa monipuolisemmat säätömahdollisuudet. Se on monesti käytössä oletuksena ja voidaan tarvittaessa ottaa käyttöön komennolla <tt>set term wxt</tt>.
+Seuraavaksi voidaan kirjoittaa gnuplotin komentoja ohjelman omaan käyttöliittymään. Tavallinen kuvaaja xy-koordinaatistoon piirretään komennolla <tt>plot funktio</tt>, esimerkiksi:
   gnuplot> plot sin(x)/x
-  gnuplot> exit
+Jos halutaan piirtää useampia funktioita, erotellaan ne pilkulla:
+  plot x,sin(x),sin(x)/x
+Piirtyvässä ikkunassa kuvaajat ovat oletuksena erivärisiä ja värien selitykset löytyvät oikeasta ylänurkasta.
+=== Merkinnät ===
+Tavallisia matemaattisia merkintöjä ja funktioita voi käyttää normaalisti. Peruslaskutoimitukset (+-*/ ja sulut) toimivat normaalisti. Potenssiin korotuksessa käytetään kahta tähteä: funktio y=x^2 piirrettäisiin komennolla <tt>plot x**2</tt>.
+Myös tavallisimmat matemaattiset funktiot toimivat totutusti, näitä ovat mm. trigonometriset funktiot (<tt>sin(x)</tt>, <tt>cos(x)</tt>, <tt>tan(x)</tt>, <tt>sinh(x)</tt>, <tt>asin(x)</tt>, <tt>asinh(x)</tt> jne.) Eksponenttifunktiolle (e^x) käytetään merkintää <tt>exp(x)</tt>. Täydellinen funktiolista löytyy [http://www.gnuplot.info/docs/node53.html Gnuplotin dokumentaatiosta].
 === Alueen rajaaminen ===
@@ Rivi 20: / Rivi 36: @@
 jolloin kuvaajasta piirrettäisiin se osa, jossa y-koordinaatti on välillä 3<=y<=4.
-=== Potenssit ===
+=== Piirtäminen parametriesityksestä ===
-Gnuplotin kanssa käytetään potenssimerkkinä kahta kertomerkkiä, esimerkiksi kuvaaja y=x^2 piirrettäisiin komennolla
+ggnuplotnuplot mahdollistaa myös funktioiden esittämisen parametrimuodossa. Aluksi on asetettava Gnuplot parametritilaan komennolla
-  plot x**2
+ set parametric
+Nyt voidaan piirtää kuvaaja syntaksilla
+ plot [alaraja:yläraja] x(t),y(t)
+Esimerkiksi piirretään ellipsin, jonka vaakasuora puoliakseli on 2 ja pystysuora 1:
+ plot [0:pi*2] 2*cos(t),sin(t)
+=== Pintojen piirtäminen ===
+Kolmiulotteisia kuvaajia on mahdollista piirtää komennolla <tt>splot</tt>. Komennolle annetaan parametrina piirrettävän pinnan lauseke muodossa <tt>f(x,y)</tt>, jolloin funktion arvo on pinnan z-koordinaatti kyseisessä pisteessä. Esimerkiksi piirretään [[wikipedia:fi:paraboloidi|paraboloidi]]:
+ splot -x**2-y**2
+Huomaa, että gnuplotin piirtämää kuvaa voi käännellä painamalla [[hiiri|hiiren]] ykköspainikkeen pohjaan ja liikuttamalla hiirtä.
+Pintoja voi piirtää myös parametrimuodossa, jolloin syntaksi on sama kuin kaksiulotteisessa tapauksessa mutta parametreja on kaksi: <tt>u</tt> ja <tt>v</tt>. Esimerkiksi piirretään [[wikipedia:fi:torus|torus]]:
+  splot [0:pi*2] (2+cos(v))*cos(u),(2+cos(v))*sin(u),sin(v)
+=== Tasa-arvokäyrät ===
+Tasa-arvokäyrien piirtäminen tapahtuu kytkemällä niiden piirtäminen päälle komennolla
+ set contour
+Tämän jälkeen piirrettäessä pintaa gnuplot piirtää myös tasa-arvokäyriä. Pinta voidaan jättää piirtämättä antamalla komento
+ unset surface
+Tasa-arvokäyrien määrään voi vaikuttaa komennolla
+ set cntrparam levels käyrien_määrä
+Tasa-arvokäyrien määrän sijasta voi valita myös käyrien arvot:
+ set cntrparam levels incremental -1, 0.2, 1
+Ensimmäinen luku on pienin arvo jolla käyrä piirretään, keskimmäinen luku kahden käyrän arvon erotus ja viimeinen luku suurin arvo.
 === Komennot ===
@@ Rivi 68: / Rivi 107: @@
 |Tauko
 |}
+Komennoissa ja niiden parametreissa riittää kirjoittaa jokaisen sanan alkuosaa sen verran, että alkuosa yksilöi tietyn komennon. Esimerkiksi seuraavat komennot toimivat samoin:
+ plot sin(x) title "Sini"
+ pl sin(x) t "Sini"
+== Ääkköset ==
+gnuplot tukee [[UTF-8]]-merkistön käyttöä versiosta 4.4 alkaen, joten ääkköset ja muut erikoismerkit voi kirjoittaa sellaisenaan. UTF-8:aa käytetään yleensä automaattisesti oletuksena, jos myös muu käyttöympäristö käyttää sitä, mutta halutessaan UTF-8-enkoodauksen voi pakottaa päälle komentamalla aivan aluksi
+ set encoding utf8
+Vanhemmat versiot eivät tue UTF-8-merkistöä, joten skandien ja muiden erikoismerkkien käyttö on hieman hankalaa. Skandeja ei voi syöttää suoraan tekstiin vaan ne tulee antaa numerokoodeina. Esimerkiksi 'ä':n numerokoodi on 344 joten x-akselille asetettaisiin otsikko "Jännite" komennolla
+ set xlabel "J\344nnite"
+Huomaa, että kaikki gnuplot-päätteet (joista lisää seuraavassa kappaleessa) eivät välttämättä osaa ainakaan oletusasetuksilla näyttää ääkkösiä.
+Skandien koodit ovat seuraavat:
+*å - 345
+*Å - 305
+*ä - 344
+*Ä - 304
+*ö - 366
+*Ö - 326
+Huomaa, että merkkijono ei saa päättyä erikoismerkkiin. Esimerkiksi sana "testiä" asetettaisiin x-akselin otsikoksi lisäämällä sen perään vielä välilyönti: <tt>set xlabel "testi\344 "</tt>
+== Tulostus tiedostoon ==
+gnuplot osaa piirtää kuvaajat myös tiedostoon. Se onnistuu valitsemalla päätteen (engl. ''terminal'') tyypiksi esimerkiksi <tt>png</tt> komennolla
+ set term png
+Muita mahdollisia arvoja ovat esimerkiksi <tt>jpeg</tt>, <tt>postscript</tt> ja <tt>[[latex]]</tt>. Täydellisen listan saat näkyviin komennolla <tt>help set term</tt>.
+Tämän jälkeen asetetaan tulostettavan tiedoston nimi komennolla
+ set output "tiedosto.png"
+Lopulta kuvaajan tulostaminen tähän tiedostoon tapahtuu normaalisti komennolla <tt>plot</tt>.  Yllämainitun sijaan voit myös tulostaa kuvan vasemmasta ylälaidassa olevasta "gnuplot graph" tagista oikealla hiirennäppäimellä  "options" ja sieltä "copy clipboard" . Tämän jälkeen voit siirtää kuvan grafiikkaohjelmaan normaalisti copy/paste. Tapa on helpompi erityisesti värikuvia käsitellessä.
+=== Postscript-päätteestä ===
+Tavallisten kuvien (<tt>jpeg</tt>, <tt>png</tt> jne) tuottamisen lisäksi käytetään yleisesti <tt>postscript</tt>-päätettä. Postscript-tiedostojen etu on se, että niissä kuva on tallennettu vektorigrafiikkana joten sitä voidaan suurentaa ja pienentää laadun kärsimättä. Erityisen suositeltavaa Postscript-kuvien käyttö on [[LaTeX]]ia käytettäessä, jolloin Postscript-muotoinen tiedosto voidaan helposti liittää osaksi dokumenttia (pdflatexia käytettäessä tiedosto voidaan muuntaa ensin pdf-muotoon komennolla <tt>[[ps2pdf]] tiedosto.ps</tt>). Uusimmat Gnuplotin versiot osaavat myös tuottaa suoraan Pdf-tiedostoja (<tt>set term pdf</tt>) joita voidaan käyttää myös LaTeXin kanssa.
+Postscript-päätettä käytettäessä kannattaa antaa sille asetus <tt>enhanced</tt> komennolla
+ set term postscript enhanced solid
+jolloin käyttöön tulee ominaisuuksiltaan laajennettu Postscript-pääte. Laajennettu versio tukee mm. joitain erikoismerkkejä (kts. kappale ''Ääkköset'') ja LaTeX-muotoiluja (esimerkiksi potenssit voidaan merkitä muodossa a^b, jolloin b päätyy yläindeksiin). Ilman valintaa <tt>solid</tt> kuvaajat tulostuvat katkoviivana.
-== Käyrän sovitus pistejoukkoon ==
+== Numeerisen datan piirtäminen ja käyrän sovitus pistejoukkoon ==
-Gnuplot osaa sovittaa mielivaltaisia käyriä pistejoukkoon ja se osaa huomioida myös pisteiden virherajat. Pisteet annetaan omassa tiedostossa, jossa jokaisella rivillä on joko välilyönnillä tai sarkaimella (tabulaattorilla) erotettuna pisteen koordinaatit ja mahdollisesti myös virherajat.
+gnuplot osaa sovittaa mielivaltaisia käyriä pistejoukkoon ja se osaa huomioida myös pisteiden virherajat. Pisteet annetaan omassa tiedostossa, jossa jokaisella rivillä on joko välilyönnillä tai sarkaimella (tabulaattorilla) erotettuna pisteen koordinaatit ja mahdollisesti myös virherajat.
 Esimerkiksi sovitetaan suora seuraavaan, suunnilleen lineaariseen pistejoukkoon. Tehdään tiedosto mittaus.dat seuraavalla tavalla:
@@ Rivi 84: / Rivi 159: @@
 Nyt tämä pistejoukko voitaisiin yksinkertaisesti piirtää <tt>plot</tt>-komennolla seuraavasti
   plot "mittaus.dat"
-Jolloin Gnuplot piirtää pisteet ja valitsee alueen rajat siten, että kaikki pisteet mahtuvat alueelle.
+Jolloin gnuplot piirtää pisteet ja valitsee alueen rajat siten, että kaikki pisteet mahtuvat alueelle.
 Kuvaan saadaan näkymään virheet lisäämällä komennon perään tekstin <tt>with xyerrorbars</tt>. <tt>with</tt>-komennolla on mahdollista lisätä kuvaajaan muitakin elementtejä. Esimerkiksi seuraavat elementit ovat mahdollisia:
@@ Rivi 95: / Rivi 170: @@
 |-
 |<tt>xerrorbars</tt>, <tt>yerrorbars</tt>
-|Vain x- tai y-suuntaiset virerajat
+|Vain x- tai y-suuntaiset virherajat
 |-
 |<tt>lines</tt>
@@ Rivi 112: / Rivi 187: @@
 huomataan, että pisteet ovat likimain samalla suoralla, mutta kuvaajassa pisteet on vaan yhdistetty toisiinsa mutkittelevalla viivalla. Voimme kuitenkin sovittaa tähän pistejoukkoon suoran tai minkä tahansa mielivaltaisen funktion seuraavasti.
-Määritellään ensin funktio f(x):
+Määritellään ensin sovitettava funktio <tt>f(x)</tt>:
   f(x)=A*x+B
-y=A*x+B siis on suoran yhtälö, joten olemme sovittamassa suoraa. Gnuplot selvittää vakiot A ja B.
+<tt>y=A*x+B</tt> siis on suoran yhtälö, joten olemme sovittamassa suoraa. Gnuplot selvittää vakiot A ja B.
 Varsinainen sovitus tehdään komennolla
   fit f(x) "mittaus.dat" via A,B
-Eli <tt>fit</tt>-komennolle annetaan funktio, joka sovitetaan pistejoukkoon ja <tt>via</tt>-komennolla kerrotaan vakiot, jotka Gnuplotin tulee selvittää.
+Eli <tt>fit</tt>-komennolle annetaan funktio, joka sovitetaan pistejoukkoon ja <tt>via</tt>-komennolla kerrotaan vakiot, jotka gnuplotin tulee selvittää.
 Tämä komento tulostaa paljon tekstiä kertoen etenemisestään ja kertoo lopulta, millaiseen käyrään se päätyi:
@@ Rivi 135: / Rivi 210: @@
 B              -0.946  1.000
 </pre>
+Eli pistejoukkoon sovitetun suoran yhtälö on <tt>3,66307*x+55,6119</tt>. Kulmakertoimen virhe on <tt>+/- 0,3708</tt> ja vakiotermin <tt>+/- 2,34</tt>.
+Nyt kun sovitus on tehty, voidaan sovitettu kuvaaja piirtää komennolla
+ plot f(x)
+[[Kuva:Gnuplot-sovitettu.png|thumb|250px|right|Lopullinen kuvaaja]]
+Sillä <tt>fit</tt>-komento on asettanut f(x):n vakioille A ja B arvot. Jos samaan kuvaan halutaan piirtää myös datapisteet ja niiden virherajat, komento on
+ plot "mittaus.dat" with xyerrorbars,f(x)
+Tässä siis piirretään kaksi kuvaajaa, jotka erotetaan toisistaan pilkulla.
+=== Virherajojen huomioiminen sovituksessa ===
+Oletuksena gnuplot ei huomioi pisteille asetettuja virhetermejä käyrää sovittaessaan. Sovitukseen voidaan kuitenkin asettaa jokaista pisteparia vastaamaan tietty painokerroin joka kuvaa pisteen virherajoja. Kuten monet muutkin sovitusohjelmat, gnuplot osaa huomioida vain yhden virhetermin (eli painokertoimen). Jos sekä x:n että y:n virhe pitää huomioida sovituksessa, on käyttäjän yhdistettävä ne ensin käsin sopivaksi katsomallaan tavalla. gnuplot asettaa pisteparin painokertoimeksi sovituksessa <tt>1/s^2</tt>, missä s on annettu virhe.
+Käytännössä tämä tapahtuu siten, että sovituskomennossa kerrotaan gnuplotille, missä tiedoston sarakkeessa virhetermi on. Jos edellä olevassa esimerkissä päättäisimme, että voimme jättää x-koordinaatin virheen huomioon ottamatta, kertoisimme virheen olevan tiedoston 4. sarakkeessa jolloin sovitus tapahtuisi komennolla
+ fit f(x) "mittaus.dat" using 1:2:4 via A,B
+Tässä siis parametri <tt>using 1:2:4</tt> kuvaa tiedoston rakenteen: ensimmäisessä sarakkeessa on x-koordinaatti, toisessa y-koordinaatti ja neljännessä y-koordinaatin keskihajonta.
+Lisätietoja sovitustoiminnosta löytyy gnuplotin ohjeista komennolla
+ help fit
+=== <tt>using</tt>-valitsimesta ===
+Using-valitsimella on mahdollista tehdä muutakin kuin vain kertoa, mistä sarakkeesta datapisteitä otetaan. Sen lisäksi se mahdollistaa datapisteiden laskemisen tiedostossa olevien arvojen perusteella.
+Esimerkiksi jos y-koordinaatti olisi tiedostossa senttimetreinä ja se haluttaisiin kuvaajaan metreinä, täytyisi jokainen y-sarakkeen arvo jakaa sadalla. Tämän tekeminen käsin käy nopeasti työlääksi, joten tehdään muunnos lennossa käyttäen <tt>using</tt>-valitsinta:
+ plot "mittaus.dat" using 1:($2/100)
+Eli tässä on sarakkeen sijasta kirjoitettu sulkuihin lauseke, jolla y-koordinaatti lasketaan. <tt>$2</tt> viittaa tiedoston toisen sarakkeen arvoon (vrt. edellä annettiin pelkkä numero 2 kun arvo otettiin suoraan tästä sarakkeesta). Suluissa annettavassa lausekkeessa voidaan käyttää vapaasti gnuplotin komentoja (esimerkiksi toimisi <tt>using 1:($1*sin($2))</tt>).
+== Katso myös ==
+*[[Octave]]
+*[[QtiPlot]]
-== Linkkejä ==
+==Aiheesta muualla==
 *[http://www.gnuplot.info/ Ohjelman kotisivu]
+*[http://www.jyu.fi/science/laitokset/fysiikka/opiskelu/tyoosasto/gnuplot.pdf Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen Gnuplot-opas]
-[[Luokka:Tiedeohjelmat]]
+[[Luokka:Matematiikkaohjelmat]]

Ero sivun ”Gnuplot” versioiden välillä

Gnuplot (muokkaa)

Versio 1. huhtikuuta 2020 kello 16.12

Navigointivalikko

Haku