如何畫出會動的曲線圖?作圖技術進階之必備技能

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畫圖是理工科工作者的必備技能，以前3M君給大家總結過畫圖常用軟體：你一定要知道的十款主流畫圖軟體，淡定的工作從畫出高品格圖片開始 

 

也許你已能用它們熟練地畫出美美的tif，jpg，bmp或者emf等格式的圖片。

確實，以此用於發論文或寫結題報告都應該已經夠用了。

 

但是別忘了：無論畢業以後是繼續學術、還是去企業上班，都可能會遇到各種需要做報告的情況。

比如畢業答辯、比如部門總結匯報、比如招標投標競爭……

 

這時候，如果能在做報告的PPT裡面插入這樣一副圖：（各參數隨時間的演化）

 

或者這樣的動圖：（隨時間的增加，兩根曲線或多根曲線的交點變化情況）

 

或者這樣：

是不是瞬間感覺自己的報告高大上起來？

 

沒錯，看到你秀出來會動的曲線圖之後，慧眼識才的領導眼前一亮、直接嘴動點讚、稱許滿滿；中意了很久的男神女神，投來了崇拜和火辣的眼神；遠處曾經囂張的競爭對手一臉的失落，自嘆技不如人在牆角默默流淚。

要的就是這種碾壓的效果。（ps, 以上情景純屬歪歪，若無雷同，概不負責…）

 

效果好是好，可問題是：

(1) 用什麼方法能畫出這樣的圖？

(2) 畫這種圖會不會很麻煩？

 

麻不麻煩取決於你用什麼樣的工具。

 

比如，如果打算採用Matlab，雖然用它自帶的諸如movie2avi等函數也可以實現，但是效果並不見得很好。

 

再比如，如果打算用Flash做動畫，那麼就是高射炮打蚊子。

 

這裡，隆重推薦今天的主角——gnuplot。

 

1. gnuplot的基本概念

把gnuplot看成gunplot的童鞋，你閱讀速度有點略快啊。也許你最近有點焦慮、煩悶？別著急，一切都會好起來的。

 

gnuplot畫出來的靜態圖長這樣：

 

gnuplot是一個免費軟體，可以在window，linux，mac等系統下使用。

 

它使用交互式介面，可以繪製數學函數2D或者3D圖形，也可以從純文字檔讀入數據、繪製統計圖表等等，還包含數學計算、擬合等功能。

 

對於用慣了滑鼠的童鞋而已，這裡可能有個壞消息：gnuplot是基於命令行的交互式繪圖軟體。

 

打開一個終端，輸入gnuplot，隨著程序啟動，會出現下面的信息：（如果是在Windows 電腦上，雙擊gnuplot.exe 後會自動打開一個命令行窗口）

 

不過不用太慌張，零基礎的童鞋對照教程，大概只用不到半天的時間就能學會（教程在後面會提到）。

 

2. 簡單的例子

採用gnuplot畫動態曲線圖的原理是：多次畫圖並把所有圖片壓縮成一個gif動畫。具體可使用reread命令或者do for命令。

 

下面是一些動圖的例子和代碼，其它簡單的曲線可以此類推：

(1) 隨時間衰減的分布曲線圖 

set term gif animateoptimize delay 2 size 480,360

set output 'movie.gif'

 

do for [i = 0:400 ] {

   t=i*0.02

   plot sqrt(1/(1+t*t))*exp(-(x-t)**2/(1+t*t)) lw 2

   }

 

set out

set terminal wxt enhanced

(2) 等高線及其二維投影隨時間變化圖

#set term gif animate optimize delay 10 size 480,480

#set output 'movie.gif'

 

set pm3d at b

set xr[-5:10]

set yr[-5:10]

set zr[0:1]

set cbr[0:1]

set isosamples 50

 

dofor [i = 0:50 ] {

  t=i*0.05

  splot sqrt(1/(1+t*t))*exp(-(x-t)**2/(1+t*t))*sqrt(1/(1+t*t))*exp(-(y-2*t)**2/(1+t*t))

  }

 

#set out

#set terminal wxt enhanced

 

(3) 小行星軌跡圖

#set term gif animate optimizedelay 5 size 960,720

#set output 'movie.gif'

 

set param

set size ratio -1

set samples 10000

 

e = 1

omega=0.1

 

set tr[1:600]

do for [i = 1:200 ] {  

   plot e*cos(omega*t)/sqrt(t), sin(omega*t)/sqrt(t)

   set label 1 pointpt 7 ps 3  at e*cos(omega*i*3)/sqrt(i*3),sin(omega*i*3)/sqrt(i*3)

   }

 

#set out

#set terminal wxt enhanced

(4) 兩顆行星互相纏繞，最後墜毀在一起 

set param

set samples 10000

set tr[0.01:1]

imax=100

tmax=20e0*pi

ht=tmax/real(imax)

 

#set term gif animate optimizedelay 6 size 600,600 

#set output 'orbit.gif'

 

do for [i=1:imax] {

   th(t,i)=t*real(i)*ht

   plot 10e0*sin(th(t,i))/th(t,i),10e0*cos(th(t,i))/th(t,i) , \

   10e0*sin(th(t,i)-pi)/th(t,i),10e0*cos(th(t,i)-pi)/th(t,i) lt 1 lc 2

}

 

#set out

#set terminal wxt enhanced

 

3. 複雜的例子

除了上面正經的動態曲線圖，gnuplot還可以用來幹一些不正經的事情。比如：

(1) 巫婆帶著烏鴉海上飛

 (2) 超級馬裡奧從洞裡鑽出來

(3) 電磁炮

 

(4) 時鐘

(5) 騎摩託車上下坡

 

(6) 跳舞的星星

 

看到這裡，是不是覺得這小軟體還有那麼點意思？教程、軟體、以及例子，可在公眾號對話框界面回復gnuplot獲取。

 

畫動態曲線圖的技術，你值得擁有。

 

（END）

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3M君，清華博士一枚，不定時po一些科研乾貨、論文寫作中的經驗教訓、作圖技巧、技術宅和好玩的東西。喜歡這篇推送的話，歡迎點讚、評論和轉發哦~