Linux 上的数据可视化工具

    Linux® 上用来实现数据的图形可视化的应用程序有很多，从简单的 2-D 绘图到 3-D 制图，再到科学图形编程和图形模拟。幸运的是，这方面的工具有很多开放源码实现，包括 gnuplot、GNU Octave、Scilab、MayaVi、Maxima 等。每个工具都有自己的优缺点，并且都是针对不同的应用程序而设计的。对这些开放源码图形可视化工具进行一下探索，有助于我们更好地决定哪个工具最适合我们的应用程序。

可视化工具的简短列表

    在本文中，将对很多流行的 Linux 数据可视化工具进行一下调查，并对其中一些工具进行更深入的探讨。例如，某个工具是否为进行数值计算而提供了一种语言？这个工具是交互式的还是提供了一种批处理模式来单独进行操作？可以使用这个工具进行图像或数字信号处理吗？这个工具是否提供了语言绑定来支持与用户应用程序的集成（例如 Python、Tcl、Java 编程语言等）？另外还将展示一些工具的图形化处理能力。最后，将分析每个工具的长处，从而帮助我们确定哪个工具最适合完成计算任务或数据可视化。

在本文中所探索的开放源码工具包括（同时还给出了每个工具所使用的许可证）：

• Gnuplot（GPL）
• GNU Octave（GPL）
• Scilab（Scilab）
• MayaVi（BSD）
• Maxima（GPL）

Gnuplot

    Gnuplot 是一个非常好的可视化工具，它从 1986 年开始就存在了。如果没有 gnuplot 的图，就很难阅读论文。尽管 gnuplot 是命令行驱动的，但是它也在不断发展，现在也可以支持很多非交互式的应用程序了，例如它可以作为一个 GNU Octave 的绘图引擎使用。

    gnuplot 具有很好的可移植性，可以在 UNIX®、Microsoft® Windows®、 Mac OS® X 和很多其他平台上运行。它可以支持从 postscript 到新近的 PNG 等极为广泛的输出格式。

    gnuplot 可以以批处理模式进行操作，提供了一个命令脚本来生成一个图形，也是以非交互式模式来运行的，这让我们可以尝试一下它的特性来了解它们绘图的效果。

    在 gnuplot 中有一个对应于 UNIX 的数学库的标准的数学库可以使用。函数的参数支持整型、实型和复型。可以将数学库配置成弧度或角度（默认为弧度）。

    为了进行绘图，gnuplot 可以使用 plot 命令生成 2-D 图形，或使用 splot 命令生成 3-D 图形（作为 2-D projection）。使用 plot 命令，gnuplot 可以在直角二维坐标系中进行操作。splot 命令默认使用的是笛卡儿坐标系，不过也可以支持球面或柱面坐标系。也可以在图形中绘制等高线（如下面的图 1 所示）。有一种新风格的绘图 pm3d 可以支持绘制使用调色板进行映射的 3-D 和 4D 数据作为地图或地表图来使用。

    下面是一个简单的 gnuplot 例子，它给出了一个具有等高线和隐线消除的 3-D 图形。清单 1 给出了所使用的 gnuplot 命令，图 1 给出了所生成的图形结果。

set samples 25

set isosamples 26

set title "Test 3D gnuplot"

set contour base

set hidden3d offset 1

splot [-12:12.01] [-12:12.01] sin(sqrt(x**2+y**2))/sqrt(x**2+y**2)

    清单 1 充分显示了 gnuplot 的命令集是多么简单。采样速度和绘图密度是由 samples 和 isosamples 决定的，标题是由 title 参数为图形提供的。同时还启用了基本的等高线和隐线消除特性，最终的绘图是利用 splot 命令使用数学库内部的函数来创建的。结果如图 1 所示。

    除了创建函数图之外，gnuplot 还可以很好地对文件中包含的图形进行绘图。考虑如清单 2 所示的 x/y 数据对（这个文件的一个简短版本）。这个文件中给出的数据对表示一个两维空间中的 x 和 y 轴的数据。

88 99

79 98

76 89

60 85

...

60 22

  如果希望在两维空间中绘制这些数据，并将每个数据点使用一条线连接起来，就可以使用清单 3 给出的 gnuplot 脚本。

set title "Sample data plot"

plot 'data.dat' using 1:2 t 'data points', \

  "data.dat" using 1:2 t "lines" with lines

    结果如图 2 所示。注意 gnuplot 自动给出了轴的刻度，但是如果需要标注图形的位置，就可以对其进行控制。

   Gnuplot 是一个很好的可视化工具，它非常出名，是很多 GNU/Linux 发行版的一部分。然而，如果希望进行基本的数据可视化和数值计算，那么 GNU Octave 可能是我们希望寻找的工具。

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