gnuplot入門

• 基本の基本編
• 数値計算編
• 実験データ編
  • データの準備
  • データの組
  • 凡例
  • 計算値
  • 線種
  • 軸名
  • 表示範囲
  • 目盛
  • Postscript出力
• 関数表示編
• 生活編
• スタイル一覧

gnuplot 入門 --- 実験データ編

まずはデータファイルの準備

ファイルに書かれた実験データをプロットし，そこに解析解を重ねて表示 してみましょう．実験データは3つのセットがあり，ひとつのファイルに続け て書かれています．各データのブロックの間には2行の空行をいれてあります． データ点は，X座標(エネルギー)，Y座標(測定値)，Yの誤差の3つの組で与えら れています．誤差は絶対値で与えます(つまり測定値と同じ単位を持っている ということ)．#で始まる行は無視されます．

# Data No. 1
 2.1500E-02 1.3060E+00 5.3098E-02
 2.3900E-02 1.2220E+00 4.7043E-02
 2.6800E-02 1.3430E+00 4.9854E-02
 2.9700E-02 1.2580E+00 4.5860E-02
 3.2500E-02 1.2430E+00 4.4506E-02
               ....
 9.4500E-01 1.2290E+00 3.7317E-02
 1.0350E+00 1.2630E+00 4.1449E-02
 1.1330E+00 1.2670E+00 4.2289E-02


# Data No. 2
 2.4000E-02 1.2970E+00 3.1387E-02
 4.0000E-02 1.3060E+00 2.8993E-02
 6.0000E-02 1.2960E+00 2.8382E-02
 8.0000E-02 1.3300E+00 2.8728E-02
              ....
 7.0000E+00 1.2210E+00 2.5031E-02
 7.2000E+00 1.1990E+00 2.5299E-02
 7.4000E+00 1.1860E+00 2.5618E-02


# Data No.3
 2.2500E-02 1.3310E+00 3.4606E-02
 2.7500E-02 1.3370E+00 2.4066E-02
 3.5000E-02 1.3440E+00 2.6880E-02
              ....
 1.8936E+01 1.0080E+00 2.9232E-02
 2.0064E+01 9.6300E-01 2.9853E-02
 2.1296E+01 1.0310E+00 3.1961E-02

データの組をプロット

この3組のデータを最小自乗法で直線近似すると，y = -0.01687 x + 1.3512 となります．実験データとこの式による計算値を重ねてプロットしま しょう．実験データの入ったファイルを plotexp.dat としておきます．一つのファイルに書かれた3つの実験データのブロック は，indexを使ってばらばらにアクセスすることができます． index 0:0 もしくはindex 0なら一番最初のデータ， index 2:2もしくはindex 2 なら3番目のデータです． index 0:1とすると，1と2のデータを合わせたものになります．

誤差付きのデータをプロットするには，with yerrorbarsを使います． 誤差の値が必要なので，データファイルは3カラムあり，using 1:2:3 としてその3つを読み込みます．誤差の数値が%で与えられている 場合は，using 1:2:($2*$3/100.0) とすれば絶対値に変換できます．

gnuplot> plot "plotexp.dat" index 0:0 using 1:2:3 with yerrorbars,\
> "plotexp.dat" index 1:1 using 1:2:3 with yerrorbars,\
> "plotexp.dat" index 2:2 using 1:2:3 with yerrorbars

入力行が長いときは，\(￥記号，もしくはバックスラッシュ)を行末にい れると，次の行も継続行とみなされます．行が長いときは，キーワード の省略形を使うと便利です．with は wだけ，indexはiだけ，と言う風に 短くして入力できます．どこまで省略できるかはキーワード毎に違うので， 適当に試してみてください．ちなみにファイル名の省略も可能です．一度与えた ファイル名をgnuplotは覚えていますので，上のように"plotexp.dat"が3回も 出て来る場合は，下の2つは "" と略すことができます．

凡例をつける

図の凡例が恰好悪いので，各データに表題を付けてみましょう． 最初のデータに，"A. Smith (1992)", 次のものを "B. Smith (1993)", そして最後のを "C. Smith (1999)"とします．

gnuplot> plot "plotexp.dat" ind 0:0 usi 1:2:3 ti "A. Smith (1992)" w yerr,\
> "plotexp.dat" ind 1:1 usi 1:2:3 ti "B. Smith (1993)" w yerr,\
> "plotexp.dat" ind 2:2 usi 1:2:3 ti "C. Smith (1999)" w yerr

計算値を重ねる

関数を重ねてプロットするには，始めに関数を定義しておくのが便利です． 最小自乗法で得られた直線を f(x) = -0.01687*x +1.3512 で与えておき，それを プロットしましょう．

gnuplot> f(x)= -0.01687*x + 1.3512
gnuplot> plot f(x) with lines, \
> "plotexp.dat" ind 0:0 usi 1:2:3 ti "A. Smith (1992)" w yerr,\
> "plotexp.dat" ind 1:1 usi 1:2:3 ti "B. Smith (1993)" w yerr,\
> "plotexp.dat" ind 2:2 usi 1:2:3 ti "C. Smith (1999)" w yerr

直線を一番始めにいれたので，データ表示に使われる線種が一つずれ ます．

線種を変える

ウィンドウに表示するには，色が変わっている方が見やすいのですが，こ れをPostScriptにして印刷すると，ちょっと困ったことが起こります．直線は 1番の線種で描かれており，PostScriptにすると，1番は実線になります．次の 3つのデータは2,3,4の線種になっており，PostScriptでは点線や破線になりま す．従って，このままでは，誤差棒が点線や破線で描かれてしまいます．

これでは困るので，線種は実線のままで記号だけを変えるようにします． それにはlinestyleを定義します(ver.3.7以前)．

gnuplot> set linestyle 1 lt 1 lw 3
gnuplot> set linestyle 2 lt 1 pt 7
gnuplot> set linestyle 3 lt 1 pt 8
gnuplot> set linestyle 4 lt 1 pt 9

[3.8/4.0] Ver.3.8以降のgnuplotの場合は，以下のように指定します．

gnuplot> set style line 1 lt 1 lw 3
gnuplot> set style line 2 lt 1 pt 7
gnuplot> set style line 3 lt 1 pt 8
gnuplot> set style line 4 lt 1 pt 9

linestyleの1番として，線幅を3の実線を定義してます．次の2〜4では線 種としては1番の実線を使い，記号(ポイント)に7,8,9を割り当てています．こ れらを使ってプロットするには，withのstyleの後にlinestyleを書き，その後 に使う番号を与えます．

gnuplot> f(x)= -0.01687*x + 1.3512
gnuplot> plot f(x) notitle with lines linestyle 1, \
> "plotexp.dat" ind 0:0 usi 1:2:3 ti "A. Smith (1992)" w yerr linestyle 2,\ 
> "plotexp.dat" ind 1:1 usi 1:2:3 ti "B. Smith (1993)" w yerr linestyle 3,\
> "plotexp.dat" ind 2:2 usi 1:2:3 ti "C. Smith (1999)" w yerr linestyle 4

軸名を入れる

直線の凡例は，notitleを使って消してしまいました．データ表示に関す る部分は，ここまででほぼ終りです．ウィンドウ表示の場合は，全部赤色になっ てしまい見づらいですが，印刷するまでの辛抱です．後は，図のミテクレを変 えていくだけです．

図にXとY軸の名前を入れます．X軸は "Energy [MeV]" としましょう．ま たY軸には "Cross Section [b]" と入れてみましょう．軸の設定には，set xlabelとset ylabelを使います．replotを使うと，プロットしたものと同じも のをもう一度プロットし直しますので，先程の長いコマンドをもう一度入力す る必要はありません．

gnuplot> set xlabel "Energy [MeV]"
gnuplot> set ylabel "Cross Section [b]"
gnuplot> replot

表示範囲を調節する

今度は，X軸とY軸の範囲を変更します．Y軸の範囲を[0,2]にしましょう． Xの範囲は，これで全体がきれいに収まっていますが，0付近がかなりごちゃごちゃ しています．Xを対数にして，ここを拡大し，Xの最小値を0.01，最大値を20としましょう． 対数表示を指定するには，set logscale {x|y}を使います．

gnuplot> set xrange [0.01:20]
gnuplot> set yrange [0:2]
gnuplot> set logscale x
gnuplot> replot

目盛を入れる

最後に目盛を変えてみます．対数軸であるX軸はこのままで良いでしょう． Y軸のほうは，0.5刻みになっていますが，これを1刻みにし，その間を10等分 しましょう．また，図全体に方眼紙の様な格子を入れてみます．格子は 軸に数字が書かれている部分だけに描かれます．

gnuplot> set ytics 1
gnuplot> set mytics 10
gnuplot> set grid
gnuplot> replot

Postscriptで出力する

これで完成です．結果をPostScriptにして，印刷してみましょう． まず，出力ドライバをpostscriptにします．次に結果を出力するファイル名を set output で与え，replotします．このままgnuplotを終ってしまうと， いままでの作業が無くなってしまいます．saveを使うと，ここまでの 作業内容がファイルに保存されます．

gnuplot> set term postscript
gnuplot> set output "plotexp.ps"
gnuplot> replot
gnuplot> save "plotexp.plt"
gnuplot> quit

出来上がったoutput.psをPostScriptプリンタに送れば，印刷できます． またghostviewやgvを使えば，内容をプレビューできます．下のイメージは， gvでoutput.psを画面に表示したものです．

縮小しているので見えにくいとは思いますが，7番の記号は●，8番は△， 9番は▲になってます．この様にgnuplotでは，出力ドライバによって，線や記 号の種類が変わります．PostScriptで出力できる記号は非常に沢山ありますが， 実験データのプロットで使えそうなのは，○△□くらいでしょう．これらの番 号の対応は次の様になっています．