LINUX中使用gnuplot 让您的数据可视化（2）

　　图 7. Multiplot 绘图
　　　
　　绘制数据图
　　虽然本教程只是出于说明目的，大部分内容都集中于绘制正弦曲线，您很可能很想对试验数据、销售数据或其他类似数据绘图。在这一节，我们将使用 IBM 的股票价格作为数据集合说明如何绘制不同的图（本例的原始数据包含在参考资料部分中）：
　　
　　表 1. IBM 股票价格
　　　
　　大多数数据集合都是数字列，但是这个数据集合有所不同，因为 x 轴是时间数据。下列代码告诉 gnuplot 如何读取和格式化 x 轴上的时间数据（有关详细信息，请参阅 help time/data 和 help set timefmt）：
　　
　　清单 8. 设置时序数据
　　
　　set xdata time　 # The x axis data is time
　　set timefmt "%d-%b-%y" # The dates in the file look like 10-Jun-04
　　set format x "%b %d" # On the x-axis, we want tics like Jun 10
　　
　　一旦设置完成，可以使用下列命令对开盘价绘图。我们选择在不同的开盘价之间使用直线插值法，并使用 linespoints 样式，而不只是 points：
　　
　　plot ["31-May-04":"11-Jun-04"] 'ibm.dat' using 1:2 with linespoints
　　
　　图 8. 绘制开盘价图
　　　
　　象往常一样，["31-May-04":"11-Jun-04"] 显式设置了 xrange，但不是完全必要的。注意范围的 min 和 max 需要指定为符合 timefmt 的字符串。
　　
　　取决于使用的绘图样式，gnuplot 在绘制一个点时最多可以使用六个不同的编号。当读入记录时，列从 1 开始编号。using 1:2 告诉 plot 命令使用第一列作为 x 轴，第二列作为 y 轴。所以要绘制收盘价图，我们将使用 using 1:5。
　　
　　每次 gnuplot 看到新的数据分隔符时，列编号就会增加。默认情况下，数据分隔符为空格。所以如果时间格式中间有空格（例如 10 Jun 04，而不是 10-Jun-04），我们将需要使用 using 1:4 代替 1:2。对于 x 轴，我们仅需要指定数据开始的第一列。Gnuplot 能够智能地使用 timefmt 字符串读取其他列。
　　
　　using 使您可以添加两个以上的冒号，用于指定特定绘图样式可能需要的任何其他列。您还可以使用 $n 表示第 n 列，从而对二进制表达式进行绘图。在一个完全虚构的示例中，我们假设不同的价格表示不同的试验运行，我们要绘制平均价、最高价和最低价。yerrorbars 样式使您可以绘制 y-high/y-low 值（我们在 using 修饰符中指定为 x:y:ylow:yhigh）以及计算 y 轴四个价格的平均值为 ($2+$3+$4+$5)/4：
　　
　　plot ["31-May-04":"11-Jun-04"] 'ibm.dat' using 1:($2+$3+$4+$5)/4:4:3 \
　　title 'daily prices, IBM' with yerrorbars
　　
　　图 9. 计算平均值
　　　
　　errorlines 样式是相似的，但它还在绘制的 y 轴点之间绘制线段。对于绘制财务条形图，Gnuplot 还有单独的样式，分别是最高价、最低价和 tics 在左边，右边为开盘价和收盘价。我们使用 set bars 显示开盘价和收盘价的较大 tics）：
　　
　　set bars 5
　　plot ["31-May-04":"11-Jun-04"] 'ibm.dat' using 1:2:3:4:5 with financebars
　　
　　图 10. 绘制财务条形图
　　　
　　您还可以查看 help plotting styles 获得其他相关样式，如 candlesticks、boxerrorbars 和错误绘图样式。
　　
　　处理真实数据集合
　　当然，对于真实的数据集合，事情可能会变得更复杂。最常见的就是数据集合不使用空格字符分隔数据点。gnuplot 4.0 提供了新的功能，您可以使用 set datafile separator 指定自己的分隔符。同样地，您还可以使用 set datafile commentschar 指定除了 # 之外的注释字符。如果需要更多的控制，您可以为 using 修饰符明确指定格式字符串。Gnuplot 使用 C 标准库的 scanf 函数以及给定格式字符串（有关详细信息，请参阅 help using）读入数据。我讲述此方法仅是为了内容更全面；能够以此方法读入的数据集合也可以使用 set data file separator 进行处理，或者通过显式指定 using 修饰符中要使用的列编号来进行处理。例如，如果需要忽略第一列中的字符串，则使用 2:3 进行绘图。为了获得更完全的灵活性，在具有 popen 函数的 Unix 类系统中，在将文件传送给 plot 命令之前，可以使用文本处理实用程序对文件进行预处理。例如：plot "< awk --f preprocess.awk data.file"。不幸的是，该命令不能在所有系统中使用。最后的一个方法是在 gnuplot 中使用输入文件之前对其进行预处理。
　　
　　有时，真实的数据可能没有包含所有的点 —— 对于要绘图的列，可能有 x 值，但缺少相应的 y 值。Gnuplot 允许您指定字符串，用于表示缺少的数据点。例如：
　　
　　set datafile missing 'NaN' # The IEEE floating point not-a-number
　　
　　注意，在 4.0 版本之前，命令是 set missing 。
　　
　　不幸的是，处理缺少数据的数据点的方法取决于 using 说明。如果想了解用法 plot 'file'、plot 'file' using 1:2 和 plot 'file' using ($1):($2) 之间区别的详细信息，请参阅 help using。但是为了安全起见，通常指定列使用显式的 using 格式，如果您想完全清除不合适的数据点，不要使用表达式求值（第三个选项会因为括号而对表达式求值）—— 而是，预处理数据文件并用计算的表达式的结果添加确切的列。
　　
　　往常，您可能以一些无效的数据点而结束。如果 gnuplot 被告知忽略无效数据点，您仍可以对这样的数据集合绘图。Gnuplot 忽略未定义的点，这样当您遇到不合适的点时，技巧就是使用未定义的 y 值，如1/0。类似于 C 的三元算符可以很容易地表达此信息（如果您不熟悉此函数，请参阅 help ternary；在定义分段函数时它也非常有用）。下面是 help using 中介绍的一个例子，它使您以第二列作为 y 值来绘图，除非第三列大于 10：
　　
　　plot 'file' using 1:($3>10 ? $2 : 1/0)
　　
　　高级例子
　　虽然本文向您展示了会经常使用的大多数命令，但可能有些地方您还需要进一步地研究。在这一节，我们简要讨论其中一些概念，然后提供了其中一个 gnuplot 演示文件（electron.dem）中的脚本，该脚本绘制电子学中常见的幅频响应图，用以说明它们的用法。
　　
　　用户定义的函数和变量
　　您可以任意定义自己的复杂函数，如下面的 A(jw)。这些函数可以用参数 (p1, p2) 表示，您可以稍后在 plot 命令中使用它们之前再定义参数变量。
　　复数
　　Gnuplot 可以识别复数。{a,b} 表示复数 a+bi。您可以使用函数 abs() 和 arg() 获得绝对值和辐角。
　　虚变量
　　当在 plot 命令中使用 sin(x) 时，gnuplot 将 x 用作虚变量，并对它赋不同的值以获得示例。当编写复杂的用户定义的函数时，您可以使用函数定义中使用的传统变量名称，也可以显式设置要使用的虚变量的名称（例如，set dummy jw）。
　　x2 和 y2 轴
　　除了常见的沿着曲线图底部和左边的 x 轴和 y 轴之外，还可以使用曲线图的顶部（x2）和右端（y2）作为单独的轴。这些轴都相互独立，可以单独设置范围、tics、标签和比例（例如对数刻度）。而且，通过使用 axes 子句，plot 命令可以使用不同的轴集合，如 x2y2。默认情况下，plot 命令以 x 轴和 y 轴绘图。当您需要同时绘制范围为不同量级或具有不同单位的线时，此高级功能非常有帮助。在下面的示例中，y 轴绘制振幅，最大值为 1，y2 轴绘制相位，最大值为 100。如果对轴的相同集合绘图，振幅曲线几乎看不出来。
　　对数刻度
　　您可以使用 set logscale 命令以对数刻度绘制任何轴。此命令在轴上绘制以 10 为底的值的对数。您可以显式设置使用的底数（例如，set logscale 2，或如果仅为 x 主轴和 y 主轴设置底数，则可以使用 set logscale xy 2）。
　　下例摘自与 gnuplot 一起提供的演示文件 electron.dem。此脚本使用了上面讨论的所有高级概念：
　　
　　清单 9. 幅频响应
　　
　　A(jw) = ({0,1}*jw/({0,1}*jw+p1)) * (1/(1+{0,1}*jw/p2))
　　p1 = 10
　　p2 = 10000
　　set dummy jw
　　set grid x y2
　　set key default
　　set logscale xy
　　set log x2
　　unset log y2
　　set title "Amplitude and Phase Frequency Response"
　　set xlabel "jw (radians)"
　　set xrange [1.1 : 90000.0]
　　set x2range [1.1 : 90000.0]
　　set ylabel "magnitude of A(jw)"
　　set y2label "Phase of A(jw) (degrees)"
　　set ytics nomirror
　　set y2tics
　　set tics out
　　set autoscale　y
　　set autoscale y2
　　plot abs(A(jw)), 180/pi*arg(A(jw)) axes x2y2
　　
　　图 15. 振幅和相位频率响应
　　
　　结束语
　　在本文中，我们讨论了使用新发布的 gnuplot 4.0 绘制 2D 图形的复杂性。虽然我们接触了大多数的关于使用 gunplot 的重要方面，但限于篇幅有限，我们仍有少数主题没有讨论。值得注意的一些省略范围包括从非常简单的参数函数绘图（请参见 help parametric）、极坐标（help polar），到曲线拟合（它使用户定义曲线与