Gnuplot 在 Raspberry Pi 上的進階組態與應用

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在嵌入式系統如 Raspberry Pi 上，使用 Gnuplot 繪製圖表能有效地將資料視覺化。本文將進一步探討 Qt 和 X11 終端機的組態細節，並講解如何在單一或多個視窗中繪製多個圖表，也包含 Python 指令碼與 Gnuplot 的整合應用，讓讀者能更深入地瞭解並運用 Gnuplot。

除了基本的圖表繪製功能外，Gnuplot 還提供了豐富的終端機設定選項，讓使用者可以根據需求自訂圖表的輸出格式和顯示方式。瞭解 Qt 和 X11 終端機的設定引數，可以更精細地控制圖表的呈現效果，例如設定視窗標題、啟用增強文字模式等。此外，Gnuplot 還支援在多個視窗或同一視窗中繪製多個圖表，這對於需要同時比較多個資料集或函式圖形的應用場景非常有用。

Gnuplot 在 Raspberry Pi 上的使用

Gnuplot 是一個強大的圖表繪製工具，廣泛應用於科學和工程領域。在 Raspberry Pi 上，Gnuplot 提供了豐富的功能，讓使用者可以輕鬆地生成各種圖表。以下是玄貓對 Gnuplot 在 Raspberry Pi 上的使用進行探討。

批次模式（Batch Mode）

在批次模式下，Gnuplot 可以透過命令列直接執行指定的指令檔案，這對於自動化圖表生成非常有幫助。以下是一些關鍵概念和實際範例。

基本語法

在 Raspberry Pi 的命令列中，可以使用以下語法來啟動 Gnuplot 的批次模式：

$ gnuplot {OPTIONS} file1 file2 ...

其中，file1、file2 等為包含有效 Gnuplot 指令的輸入檔案。這些檔案中的指令會依序執行，就好像是手動輸入一樣。這些檔案可以是使用 save 指令生成的，也可以是任何包含有效 Gnuplot 指令的文字檔案。

呼叫其他檔案

在批次模式下，可以使用 load 或 call 指令來呼叫其他檔案中的指令。例如：

$ gnuplot header - trailer

這樣會先執行 header 檔案中的指令，然後接著執行標準輸入（-）中的指令，最後再執行 trailer 檔案中的指令。

小段落標題

傳遞引數

也可以在命令列中直接傳遞引數給 Gnuplot，例如：

$ gnuplot - persist -e "set title 'Sine curve'; plot sin(x)"

這條命令會直接執行 set title 'Sine curve'; plot sin(x) 這兩個指令，並且保持圖表視窗不關閉。

視窗持久化

在批次模式下，使用 -persist 選項可以讓圖表視窗在程式結束後保持開啟狀態。例如：

$ gnuplot - persist -e 'plot [-5:5] sinh(x)'

這條命令會生成一個從 -5 到 5 的 sinh(x) 圖表，並且在程式結束後保持視窗開啟。

互動模式（Interactive Mode）

互動模式是 Gnuplot 的另一種執行方式，適合需要即時調整圖表的情況。在互動模式下，使用者可以直接在命令列中輸入指令和引數。

基本操作

進入互動模式非常簡單，只需在命令列中輸入 gnuplot：

$ gnuplot

進入互動模式後，可以直接輸入 Gnuplot 指令。例如：

gnuplot> plot [-5:5] tanh(x)

這條指令會生成一個從 -5 到 5 的 tanh(x) 圖表。

檢視當前終端型別

在互動模式下，可以使用 show terminal 指令來檢視當前的終端型別：

gnuplot> show terminal

Qt 終端操作

在 Raspberry Pi 上，Gnuplot 預設使用 Qt 終端來顯示圖表。Qt 終端提供了許多方便的操作選項，例如複製到剪貼簿、列印、匯出到 PDF 等。

放大縮小操作

在 Qt 終端中，可以透過右鍵點選來進行放大縮小操作。首先點選右鍵選擇放大區域的一個角落，然後再點選右鍵選擇對角線上的另一個角落。

測試與實務應用

以下是一些實務應用中的測試範例：

$ gnuplot -e "a=2; s= 'file.png'" input.gpl

這條命令會將變數 a 和 s 傳遞給 input.gpl 檔案中的指令。

gnuplot> set term x11 window "0x3200006" persist size 700,500
gnuplot> plot sin(x)
gnuplot> reset
gnuplot> exit

這段指令會將終端型別設定為 X11،並在特定顯示 ID 下繪製 sin(x) 圖表。

#### 內容解密：

  • 在批次模式下, GnuPlot 支援從檔案中讀取並執行命令, 增強了自動化能力。
  • persist 是一個重要的選項, 用於保持圖表視窗在程式結束後不關閉。
  • 在互動模式下, 使用者可以直接輸入命令和引數, 檢視當前終端型別, 處理圖表.
  • Qt終端支援許多便捷操作, 包括複製、列印和匯出到PDF等。
  • 輸入「show terminal」命令可檢視當前終端型別。
  • 在Qt終端中可透過右鍵點選進行放大縮小操作。
  • 在Raspberry Pi上, GnuPlot預設為Qt終端來顯示圖形.
  • 需注意GNUPlot不僅限於Raspberry Pi, 在其他Linux系統上也可透過相同方法執行。

透過以上探討和實務範例, 請確保你已掌握如何在 Raspberry Pi 上有效使用 GnuPlot 生成各種圖表。玄貓建議你多加練習和探索, 提升你的技術能力和實務經驗。

gnuplot 的資料處理與視覺化

在資料科學和技術分析中，gnuplot 是一個強大且靈活的工具，用於生成各種型別的圖表和圖形。本篇文章將探討如何在 gnuplot 中進行資料處理和視覺化，並結合實際案例和技術選型考量。

資料處理與視覺化基礎

設定終端機型別

首先，我們需要了解 gnuplot 支援的終端機型別。這些型別決定了圖表的輸出格式。玄貓建議在使用 gnuplot 之前，先檢查安裝環境中的終端機型別：

gnuplot> set terminal

此指令會列出所有可用的終端機型別。這些型別取決於你安裝的驅動函式庫包。你可以嘗試設定不同的終端機型別來觀察其效果：

gnuplot> set terminal png
gnuplot> set output 'output.png'
gnuplot> plot sin(x)

此圖示展示瞭如何將圖表輸出為 PNG 格式。

互動模式下的繪圖指令

在互動模式下，gnuplot 提供了四個基本的繪圖指令：plot、splot、replot 和 refresh。這些指令分別用於生成二維圖表、三維圖表、重新繪製前一個圖表和重新執行前一個圖表命令。

gnuplot> plot sin(x)
gnuplot> splot sin(x), cos(x)

從檔案中繪製資料

若要從檔案中讀取資料並進行繪圖，可以使用 plot 或 splot 指令，並指定資料檔案名稱。以下是一些常見的語法：

gnuplot> plot 'data.txt' using 1:2 with lines

內容解密：

  • terminal：設定 gnuplot 的輸出格式，例如 PNG、PDF 或直接顯示在 X 函式庫視窗。
  • output：指定輸出檔案名稱。
  • plot：用於生成二維圖表。
  • splot：用於生成三維圖表。
  • replot：重新繪製前一個圖表。
  • refresh：重新執行前一個圖表命令。

繪製風格與自訂選項

繪製風格

gnuplot 支援多種二維和三維繪製風格，例如 lines、points、boxes 和 errorbars。這些風格可以根據需求進行混合使用：

gnuplot> plot 'statistics' with boxes, sin(x) with lines

自訂選項

你可以使用 set style data 和 set style function 指令來更改預設的繪製風格。例如，要將預設風格改為 points：

gnuplot> set style data points

操作練習與實際應用

建立資料檔案並繪製

以下是玄貓提供的一個實際操作練習，請建立一個包含至少 20 個 x-y 資料點的檔案，然後使用 gnuplot 將其繪製出來：

echo -e "1 1\n2 4\n3 9\n4 16\n5 25\n6 36\n7 49\n8 64\n9 81\n10 100\n11 121\n12 144\n13 169\n14 196\n15 225\n16 256\n17 289\n18 324\n19 361\n20 400" > data.txt
gnuplot -persist -e "set terminal x11; plot 'data.txt' with lines"

編寫程式碼範例：

import subprocess

# 生成資料檔案
with open('data.txt', 'w') as f:
    for i in range(1, 21):
        f.write(f"{i} {i*i}\n")

# 執行 gnuplot 指令
subprocess.run(['gnuplot', '-persist', '-e', 'set terminal x11; plot "data.txt" with lines'])
小段落標題：Python 與 gnuplot 的整合

上述範例展示瞭如何利用 Python 指令碼生成資料並使用 gnuplot 在 X 函式庫視窗中顯示結果。

內容解密：

  • echo：用於在命令列中建立資料檔案。
  • subprocess.run：Python 中的模組，用於執行外部命令。
  • set terminal x11：在 X 函式庫視窗中顯示結果。

拓展應用與未來趨勢

隨著大資料和人工智慧技術的發展，gnuplot 在資料科學中的應用越來越廣泛。未來，我們可以期待更多先進的視覺化工具和技術與 gnuplot 的整合，以便更高效地處理和分析複雜的資料集。

此外，玄貓建議研究者們關注以下幾個方向：

  • 互動式視覺化：結合 Web 技術（如 D3.js）實作更具互動性的視覺化效果。
  • 高效演算法：開發更高效的演算法來處理大規模資料集。
  • 跨平台支援：提升 gnuplot 在不同作業系統上的相容性和穩定性。

描述統計方法與圖表

除了基本的線性和點狀圖表外，gnuplot 則還支援多種描述統計方法和圖表型別：

  • 箱形圖（Box Plot）：顯示資料分佈的中位數、四分位距等資訊。
  • 錯誤條（Error Bars）：顯示資料點的不確定性或變異性。

以箱形圖為例：

gnuplot> plot 'data.txt' using ():($2):($3) with boxplots
小段落標題：箱形圖與錯誤條

箱形圖和錯誤條是描述統計中常見的方法，能夠提供更豐富的資料分析資訊。

內容解密：

  • ( )：表示忽略該欄位。
  • $2 和 $3：分別表示第二欄和第三欄。
  • with boxplots：指定繪製箱形圖。

最終檢查流程

玄貓建議在完成文章後進行以下幾項最終檢查：

  • 清除內部標記並確保文章完整無缺。
  • 驗證結構邏輯性及技術深度。
  • 驗證台灣本土化語言風格及「內容解密」段落之詳細解說。

希望本篇文章能夠幫助讀者更好地理解和應用 gnuplot 在資料處理與視覺化中的強大功能。如果有任何疑問或需要進一步探討，歡迎隨時聯絡玄貓。

Gnuplot 在 Raspberry Pi 上的應用與進階組態

在 Raspberry Pi 上使用 Gnuplot 進行圖表繪製，是一個非常強大且靈活的工具。這篇文章將探討如何在 Raspberry Pi 上設定和使用 Gnuplot，特別是針對 Qt 和 X11 終端機的組態，以及如何在多個視窗或同一視窗中繪製多個圖表。

Qt 終端機的設定引數

Qt 終端機是 Gnuplot 使用 Qt 函式庫生成圖表的主要終端機型別。以下是一些關鍵的設定引數：

  • enhanced 或 noenhanced：這個引數決定是否啟用增強文字模式。增強文字模式允許在標籤和標題中使用特殊格式和符號。

    set terminal qt enhanced   # 啟用增強文字模式
set terminal qt noenhanced  # 停用增強文字模式

  • persist 或 nopersist：這個引數決定 Qt 視窗在繪圖完成後是否保持開啟狀態。啟用 persist 允許你與圖表互動並保持視窗開啟，而 nopersist 則會在指令碼執行完成後關閉視窗。

    set terminal qt persist    # 保持視窗開啟
set terminal qt nopersist  # 在指令碼執行完成後關閉視窗

X11 終端機的設定引數

X11 終端機是我們模組化 X Window System 模型中使用的另一種重要終端機型別。以下是一些關鍵的設定引數：

  • enhanced 或 noenhanced：與 Qt 終端機相似，這個引數控制 X11 終端機中的增強文字模式。

    set terminal x11 enhanced   # 啟用增強文字模式
set terminal x11 noenhanced  # 停用增強文字模式

  • persist 或 nopersist：這個引數決定 X11 視窗在繪圖完成後是否保持開啟狀態。

    set terminal x11 persist    # 保持視窗開啟
set terminal x11 nopersist  # 在指令碼執行完成後關閉視窗

  • title “您的視窗標題”：你可以為 X11 視窗設定自定義標題。

    set terminal x11 title "我的圖表"

以下是一些實際應用範例：

# 啟用 Qt 增強文字模式並保持視窗開啟
set terminal qt enhanced persist

# 啟用 X11 增強文字模式並設定自定義標題
set terminal x11 title "自定義標題" enhanced

# 您可以在此繪製您的資料或函式
plot sin(x)

在多個視窗或同一視窗中繪製多個圖表

Gnuplot 支援在多個獨立的視窗中繪製圖表，或者在同一個視窗中佈局多個圖表。以下是一些具體的做法：

在多個獨立視窗中繪製圖表

你可以透過設定當前終端機為 x11 window <n>，將圖表輸出到指定編號的視窗中。

# 輸出到第一個 X11 機器視窗
set terminal x11 window '0x360000'

# 輸出到第二個 X11 機器視窗
set terminal x11 window '0x360002'

在同一個視窗中佈局多個圖表

你可以使用 multiplot 指令來將一個單一當前視窗分割成多個子區域，然後在每個子區域中繪製不同的圖表。

# 分割當前視窗為2行2列，總共4個子區域，並從左上開始填充
set multiplot layout 2,2 rowsfirst

# 在第一個子區域繪製 sin(x) 函式並新增標籤 'x'
set label 1 'x' at graph 0.92,0.9 font ',8'
plot sin(x) with lines ls 1 dt 2

# 在第二個子區域繪製 cos(x) 函式並新增標籤 'y'
set label 1 'y' at graph 0.92,0.9 font ',8'
plot cos(x) with lines ls 1 dt 3

# 在第三個子區域繪製 tan(x) 函式並新增標籤 'z'
set label 1 'z' at graph 0.92,0.9 font ',8'
plot tan(x) with lines ls 1 dt 4

# 在第四個子區域繪製 tanh(x) 函式並新增標籤 't'
set label 't' at graph at graph= .92, .9 font ',8'
plot tanh(x) with lines ls=5 dt=5

# 停止 multiplot 模式
unset multiplot

此圖示展示了 Gnuplot 的 multiplot 功能，將一個單一當前視窗分割成四個子區域，並在每個子區域中繪製不同的函式。這些函式分別為 sin(x)、cos(x)、tan(x) 和 tanh(x)。

  graph TD;
    A[Start] --> B[Set Multiplot Layout];
    B --> C[Plot sin(x)];
    B --> D[Plot cos(x)];
    B --> E[Plot tan(x)];
    B --> F[Plot tanh(x)];
    C --> G[Label 'x'];
    D --> H[Label 'y'];
    E --> I[Label 'z'];
    F --> J[Label 't'];
    G --> K[Unset Multiplot];
    H --> K;
    I --> K;
    J --> K;

內容解密：

此程式碼展示瞭如何在 Gnuplot 中設定和使用 multiplot 功能來佈局多個圖表。首先，我們透過 set multiplot layout 指令將當前視窗分割成指定的行列格式。接著，我們在每個子區域中分別繪製不同的函式，並透過 set label 指令為每張圖新增相應的標籤。最後，我們透過 unset multiplot 指令離開 multiplot 模式。

這樣的一套組態和操作方法可以幫助我們更靈活地利用 Gnuplot 在 Raspberry Pi 上進行複雜的圖表生成和展示工作。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。