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データファイルの数値のプロット (その1)

何かの計算や実験を行い，その結果をグラフにするのが，
理系の研究者にとって最も多いgnuplotの使われ方ではないでしょうか．
結果のデータをプロットして全体を眺め，結果が良さそうだったらポストスクリプト
にして印刷したり，EPSにしてTeXで書かれた論文に貼り込んだり．．．．

プロットできるデータのフォーマットは？

• 2次元のデータ
• 3次元のデータ
• マトリックス

2次元のデータ

わざわざ書くまでも無い話しですが，一応ここにまとめておくこと
にします．数値データは，空白(スペースもしくはタブ)で区切られた
カラムにします．行の先頭に#があると，その行は無視されます．
実はgnuplotは，データがどのように書かれていても，読み込みの書式
を指定することでデータを読めるのですが，ここではこの方法は
取り上げません．

#  X     Y
1.0   1.2
2.0   1.8
3.0   1.6

例えば2次元データの場合は，上の様にX座標とY座標を並べて書きます．X
やYに誤差棒を付けたければ，さらにそれらのカラムを並べて書きます．プロッ
トする時にどの数値を使うかを指定するので，カラムの順序はどうなっていて
もかまいません．1カラム目をX座標，2カラム目をY座標にしたときは

gnuplot> plot "test.dat" using 1:2

のように，usingを使ってgnuplotに描くカラムを教えます．usingを使わない
と，自動的に1カラム目をX，2カラム目をYにしてプロットします．

Y座標に誤差棒を付ける方法は2つあります．1つは Y±Z のようにYを
中心に上下にZの棒を付ける場合．もう一つは Yの範囲[Z1,Z2]が決まっている
場合のように上下の棒の長さが異なる場合です．前者のデータファイル
には3カラムの数値，後者なら4カラム必要です．

#  X     Y     Z
1.0   1.2   0.2
2.0   1.8   0.3
3.0   1.6   0.2

#  X     Y     Z1    Z2
1.0   1.2   0.8   1.5
2.0   1.8   0.3   2.3
3.0   1.6   1.0   2.1

それぞれをプロットするときは，

gnuplot> plot "test.dat" using 1:2:3 with yerrorbars

gnuplot> plot "test.dat" using 1:2:3:4 with yerrorbars

の様に using の後の指定が変わるだけです．

表示するデータの形式によって，データカラム数やusingの指定が変わります．
2次元データの場合のこれらを以下にまとめます．

3次元のデータ

3次元データは(X,Y,Z)の組にして与えます．デフォルトでは，3次元空間に
点を表示します．with linesのオプションで線を描くようにした場合，
データの与え方によって，3次元空間に線だけを描くか，面(つまり縦横の格子)
を描くかが変わります．例として，次のように4つのブロックに分かれたデー
タを考えます．ブロック間は1行の空行で分けられており，各ブロックのX,Yの
数は異なっています．この場合，gnuplotは格子を描かずに線だけを表示しま
す．

# X   Y    Z
0   0    0
0   1    1
0   2    4
0   3    9
0   4   16
0   5   25

1   0    1
1   1    2
1   2    5
1   3   10
1   4   17

2   0    4
2   1    5
2   2    8
2   3   13

3   0    9
3   1   10
3   2   13

gnuplot> splot "test3d.dat" using 1:2:3 with lines

次に，XYの数をそろえてみます．

# X   Y    Z
0   0    0
0   1    1
0   2    4
0   3    9
0   4   16
0   5   25

1   0    1
1   1    2
1   2    5
1   3   10
1   4   17
1   5   26

2   0    4
2   1    5
2   2    8
2   3   13
2   4   20
2   5   29

3   0    9
3   1   10
3   2   13
3   3   18
3   4   25
3   5   34

この様に，縦横の格子が入ります．上の例では，各ブロックでのY座標が同
じ場合でしたが，ブロックのY座標が異なっても，各ブロック内の点の数が同
じなら格子が描かれます．これらのデータはグリッドデータとして扱われます．
gnuplotが等高線を描いたり，隠線処理をするのは，このグリッドデータに対
してです．試しに上のデータの最後のブロックのY座標だけを2倍すると，次
のようになります．

各ブロックの点数が同じでも格子を描きたくない場合は，各ブロックの間に
2行の空行を入れます．

# X   Y    Z
0   0    0
0   1    1
0   2    4
0   3    9
0   4   16
0   5   25


1   0    1
1   1    2
1   2    5
1   3   10
1   4   17
1   5   26


2   0    4
2   1    5
2   2    8
2   3   13
2   4   20
2   5   29


3   0    9
3   1   10
3   2   13
3   3   18
3   4   25
3   5   34

matrix

別の3次元データの与え方として，行列(matrix)で与える方法があります．
上の例の様に，XYの格子が固定さている場合には，こちらの方がデータが簡潔
になります．行列の行(横)はX，列(縦)がY軸になります．

0    1    4    9
1    2    5   10
4    5    8   13
9   10   13   18
16   17   20   25
25   26   29   34

このデータをプロットするときは， using では無く， matrix
を用います．行列でデータを与える場合，XとYの座標には行と列の番号がそのまま
入ります．この例では，Xは0〜3，Yは0〜5となります．XとY座標の数値を与えたい場合は，
set {x|y}tics を使って軸の目盛を設定します．以下は，Xの0〜2に対して
100から300の数値を与えた場合です．

gnuplot> set xtics ("100" 0, "200" 1, "300" 2)
gnuplot> splot "test3d.dat" matrix with lines