Linux 上的数目可视化学工业具

这篇文章是与 Linux 一起学习系列的一部分,提供了很多优秀的工具使得数学看起来和你曾经做过的一样令人畏惧,对这些开放源码图形可视化工具进行一下探索,Linux® 上用来实现数据的图形可视化的应用程序有很多

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数学是计算机的为主。如果有人预期二个类如 GNU/ Linux
那样的宏伟的操作系统正确而严苛,那么那正是数学研究所起到的职能。如果您在寻求一些数学应用程序,那么你将不会感到深负众望。Linux
提供了好些个佳绩的工具使得数学看起来和您曾经做过的一成不改变令人胆战心惊,但实在他们会简化你选用它的不二等秘书技。

图 6. 图 5 中的命令所生成的 Scilab 图

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Scilab
中归纳相当多库和函数,它们能够运用起码的纷纭来绘制图形。上边是一个转移轻松三个维度柱状图的例子:

-->hist3d(5*(rand(5,5));

首先,rand(5,5) 会构建叁个 5,5
大小的矩阵,此中带有了有个别随机值(其最大值为 5)。这些矩阵被传送给函数
hist3d。所生成的柱状图如图 7 所示。

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图 8. 使用 MayaVi/VTK 显示的 3-D 可视化(心脏 CT 扫描图)

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MayaVi 是在 Python 脚本语言中扩充 VTK 的二个有意思例子。

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Maxima

Maxima 是三个源于 Macsyma
开拓的叁个微处理机代数系统,依据它的 SourceForge 页面所述:

“Maxima
是三个操作符号和数值表明式的体系,满含微分,积分,Taylor级数,拉普Russ改变,常微分方程,线性方程组,多项式,集结,列表,向量,矩阵和张量等。Maxima
通过正确的分数,任性精度的整数和可变精度 class=”wp_keywordlink”>浮点数发出高精度的测算结果。Maxima
能够以二维和三个维度的法子绘制函数和数码。“

大许多Ubuntu衍生系统都有 马克西姆a
二进制包以至它的图形分界面,要设置那个软件包,输入:

sudo apt-get install maxima xmaxima wxmaxima

在极端窗口中,马克西姆a 是四个不曾什么样 UI 的命令行工具,但就算您开首wxmaxima,你会进去一个简便但功能强盛的图形客商分界面。

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你能够由此轻巧的输入来开始。(提示:回车会增加越来越多的行,如若您想统计八个表达式,使用“Shift

  • Enter”。)

Maxima 能够用来一些粗略的标题,由此也得以作为一个总括器:

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以至一些更头昏眼花的难题:

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它利用gnuplot使得绘制简单:

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照旧绘制一些复杂的图纸。

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(它需求 gnuplot-X11 的软件包来展现它们。)

除了那些之外将表明式表示为图形,Maxima 也足以用 latex
格式导出它们,或许经过右键神速菜单实香港行政局地常用操作.

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可是其主菜单依然提供了汪洋重磅成效,当然 Maxima
的效果远不独有如此,这里也会有三个遍布运用的在线文档。

图 5. 与 Scilab 举办互相

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在这里个例子中,先是成立了一个向量(t),其值的限量从 0 到 2PI(步进大小为
0.2)。然后生成了一个 3-D 图形(使用 z=f(x,y卡塔尔国, 恐怕说是 xi,yi
点处的多少个外表)。图 6 给出了所生成的图片。

那篇文章是与 Linux 一齐学学体系的一部分:

图 4. 用到 GNU Octave 绘制多图

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小编 们能够感觉 Octave 是一种选拔 gnuplot
作为后台完成来进行可视化的高档语言。它提供了充分的数学库,是 Matlab
的一个很好的无需付费替换产物。能够超级轻便接收客户支出的用来拓宽语音管理、优化、符号计算等的包对它实行扩大。Octave
在好几 GNU/Linux 的发行版中都有,举个例子 Debian,也足以在选拔 Cygwin 的
Windows 和 Mac OS X 上利用。有关 Octave 的越多音信请参阅
仿效资料
一节的剧情。

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Linux
提供了汪洋的教育软件和众多大好的工具来帮衬种种年龄段和年级的学员读书和演练五光十色的习题,那平日是以互相的点子进行。“与
Linux
一齐学学”这一文山会海的稿子则为那个五光十色的教育软件和利用提供了三个介绍。

Gnuplot

澳门葡京网址,Gnuplot 是叁个要命好的可视化学工业具,它从 一九八八 年起初就存在了。若无gnuplot 的图,就很难阅读诗歌。固然 gnuplot
是命令行驱动的,可是它也在时时到处升华,今后也足以支撑广大非人机联作式的应用程序了,比如它可以用作三个GNU Octave 的绘图引擎使用。

gnuplot 具备很好的可移植性,能够在 UNIX®、Microsoft® Windows®、 Mac OS®
X 和数不清别样平台上运转。它能够支撑从 postscript 到近些日子的 PNG
等极为普及的输出格式。

gnuplot
能够以批处理格局开展操作,提供了一个限令脚本来生成叁个图纸,也是以非交互作用式格局来运维的,那让大家得以品味一下它的天性来询问它们绘图的功能。

在 gnuplot 中有贰个志趣相投于 UNIX
的数学库的行业内部的数学库能够使用。函数的参数援助整型、实型和复型。能够将数学库配置成弧度或角度(默以为弧度)。

为了扩充绘图,gnuplot 能够动用 plot 命令生成 2-D 图形,或选用 splot
命令生成 3-D 图形(作为 2-D projection)。使用 plot 命令,gnuplot
能够在直角二维坐标系中张开操作。splot
命令暗中同意使用的是笛卡儿坐标系,不过也足以支撑球面或柱面坐标系。也能够在图片中绘制等高线(如下边包车型大巴图
1 所示)。有一种新风格的绘图 pm3d 能够支撑绘制使用调色板实行映射的 3-D
和 4D 数据作为地图或地球表面图来选择。

上边是四个轻巧易行的 gnuplot 例子,它交给了二个装有等高线和隐线消弭的 3-D
图形。清单 1 给出了所选取的 gnuplot 命令,图 1 付给了所生成的图纸结果。

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图 1. gnuplot 的四个简短绘图

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除去创建函数图之外,gnuplot
还足以很好地对文本中饱含的图形举行绘图。构思如清单 2 所示的 x/y
数据对(那几个文件的一个简单版本)。那几个文件中付出的数据对表示一个两维空间中的
x 和 y 轴的数目。

Gnuplot

Gnuplot
是三个适用于分化平台的下令行脚本化和多职能的图形工具。即便它的名字中隐含“GNU”,可是它并不是GNU
操作系统的一局地。就算不是不管三七三十二授权,但它是无偿软件(那意味着它受版权爱惜,但免费应用)。

要在 Ubuntu 系统(可能衍生系统)上安装 gnuplot,输入:

sudo apt-get install gnuplot gnuplot-x11

进去一个终端窗口。运维该程序,输入:

gnuplot

你会看出三个大约的授命行分界面:

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在此中你能够直接输入函数领头。绘图命令将绘制多少个曲线图。

输入内容,比如,

plot sin(x)/x

老葡京娱乐网址,乘胜gnuplot的提示,将会展开一个新的窗口,图像便会在中间表现。

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您也得以顿时设置设置这些图的不等属性,比方像这么钦赐“title”

plot sin(x) title 'Sine Function', tan(x) title 'Tangent'

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你能够做的更浓郁一些,使用splot命令绘制3D图形:

splot sin(x*y/20)

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那个图形窗口有几个为主的布署选项,

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可是gnuplot的确实力量在于在它的命令行和本子成效,gnuplot更完整的文书档案在Duke高校网址上面找到,带有这么些英豪的教程的原有版本。

清单 4. 使用 Octave 呈现 Lorentz Strange Attractor
GNU Octave, version 2.1.50 
Copyright (C) 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003 John W. Eaton.
This is free software; see the source code for copying conditions.
There is ABSOLUTELY NO WARRANTY; not even for MERCHANTIBILITY or
FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  For details, type `warranty'.

Please contribute if you find this software useful.
For more information, visit http://www.octave.org/help-wanted.html

Report bugs to <bug-octave&bevo.che.wisc.edu>.

>> function y = lorenz( x, t )
y = [10 * (x(2) - x(1));
x(1) * (28 - x(3));
x(1) * x(2) - 8/3 * x(3)];
endfunction
>> x = lsode("lorenz", [3;15;1], (0:0.01:25)');
>> gset parametric
>> gsplot x
>>

图 3 给出的图是清单 4 中 Octave 代码的出口结果。

总结

数学不是一门轻巧的科目,这一个在 Linux
上的优异软件也未尝使得数学尤其便于,可是那么些应用使得应用数学变得越来越的粗略和便利。以上三种选拔都只是介绍一下
Linux
所提供的。假如您是认真从事数学和内需更多的效劳与增加的文书档案,那您更应该看看那个
Mathbuntu 项目。

展望

在 本文中牵线了多少个开放源码 GNU/Linux 可视化学工业具。其余有效的工具还满含Gri、PGPLOT、SciGraphica、plotutils、NCAR Graphics 和
ImLib3D。那一个都以开放源码的,也正是说您能够看来它们是何等专门的学业的;纵然愿意,也得以对它们举行修正。别的,要是您正在寻找三个很好的图形仿真碰着,那就请查看一下与 OpenGL 一齐利用的 Open Dynamics Engine(ODE)。

切切实实的急需调节了哪一种工具最契合使用。假设希望利用叁个富有大多可视化算法的强硬的可视化系统,那么 MayaVi
正是所要搜索的工具。对于具备可视化功用的数值总计的话,GNU Octave 和
Scilab 都特别切合。假诺供给符号计算本领,那么 Maxima
便是一个那叁个好的挑肥拣瘦。最后(但不用不根本),固然所急需的只是有的为主的绘图成效,那么
gnuplot 就足以很好地满意这一需求。

可视化学工业具的简约列表

在本文中,将对数不胜数盛行的 Linux
数据可视化学工业具实行一下应用商讨,并对当中部分工具实行更浓厚的探求。比如,有些工具是否为拓宽数值计算而提供了一种语言?那些工具是交互作用式的依然提供了一种
批管理形式来单独开展操作?能够利用那个工具实行图像或数字实信号管理吧?这么些工具是还是不是提供了语言绑定来援救与顾客应用程序的三合一(比如Python、Tcl、Java
编制程序语言等)?此外还将展现一些工具的图形化管理技术。最终,将解析各类工具的亮点,进而支持大家规定哪些工具最相符达成总计任务或数额可视化。

在本文中所探究的开放源码工具满含(同有的时候候还提交了各类工具所运用的证件本):

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

Linux 上的数量可视化工具

5 种开放源码图形化学工业具简单介绍

Linux® 上用来促成多少的图纸可视化的应用程序有众多,从轻巧的 2-D 绘图到
3-D
制图,再到科学图形编制程序和图纸模拟。幸运的是,那上头的工具备好些个开放源码实现,蕴含gnuplot、GNU Octave、Scilab、MayaVi、Maxima
等。每一种工具都有友好的利害,而且都是本着分裂的应用程序而安排的。对那个开放源码图形可视化工具实行一向下探底讨,有助于我们更加好地决定哪些工具最符合本身们的应用程序。

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评论:

M. Tim
Jones
(mtj@mtjones.com卡塔尔国,
资深软件技术员, Emulex

2006 年 11 月 27 日

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图 2. 在 gnuplot 中采用数据文件进行简要的绘图

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Gnuplot 是一个很好的可视化学工业具,它不行盛名,是累累 GNU/Linux
发行版的一部分。但是,若是期待进行基本的多寡可视化和数值总括,那么 GNU
Octave 大概是大家期望物色的工具。

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MayaVi

MayaVi
在梵语中的意思是魔术师,它是一种多少可视化学工业具,绑定了具备强盛可视化学工业具包(VTK)的
Python 来开展图形化突显。MayaVi 还提供了多少个接收 Tkinter
模块开辟的图形客商分界面(GUI)。Tkinter 是叁个 Tk 分界面,平时都与 Tcl
一齐行使。

MayaVi 最先是为 Computational Fluid
Dynamics(CFD)作为一个可视化学工业具而付出的。当公众意识到它在别的世界中的效率之后,它就当做一种通用科学数据可视化学工业具重新展开了规划。

MayaVi 背后的吸引力来自于 VTK。VTK
是三个用来进展多少可视化和图像管理的开放源码系统,它在不利社区中被广泛地动用。VTK
通过为 Tcl/Tk、Java 编制程序语言以致 Python 加上 C++
库所提供的脚本化接口而卷入了累累功用。VTK
在多数操作系统上都以可移植的,包罗 UNIX、Windows 和 MAC OS X。

围绕 VTK 的 MayaVi 外壳能够当作贰个 Python 模块从其余 Python
程序中程导弹入,并透过 Python 解释器来编排脚本。MayaVi 所提供的 tkinter GUI
允许实行过滤器的配备和平运动用,以至在可视化根底上渲染一些灯的亮光效果。

图 8 是在 Windows 平台上使用 MayaVi 实行可视化的一个例子。