X.1 Go语言使用第三方图表库(Gonum)辅助科学计算 -- 基本折线图的绘制

在数学计算、科学实验中,经常需要画出一些图表来辅助理解、分析和查看过程数据及结果数据。Python语言中有著名的Matplotlib库来做这些辅助工作,Go语言中也有类似的第三方库Gonum,本文将基于实例介绍利用gonum/plot子包绘制图表的应用。

* gonum/plot包简介

Gonum包是Go语言中一个优秀的第三方库,包含很多子包,其中也提供了专门用于图表绘制的包,主要在gonum/plot子包及其再下一级的子包中提供了大量进行图表绘制的数据类型和函数。本节中我们将循序渐进围绕一些实例来进行介绍。


在使用该包来进行绘图前,需要用

go get -v gonum.org/v1/plot 

命令来获取gonum/plot包以及其所有子包。但该命令运行前还需要一些环境,还应该先用前面所述的获取golang.org/x/tools包的方法,在命令提示符下,用cd命令进入src目录的golang.org子目录的再下一级x子目录(即绝对路径为c:\goprjs\src\golang.org\x的目录),然后运行git clone https://github.com/golang/image.git 命令来获取Go语言中有关图形处理的基础工具包。安装完毕后再运行 go get gonum.org/v1/plot 命令来安装gonum/plot包才能成功。


* 在用go get命令安装第三方包时,如果安装不成功并根据错误信息发现是由于其依赖的golang.org/x下的子包无法安装导致的,都可以用类似的方法来处理,即用git

clone https://github.com/golang/XXXXX.git 命令将其获取至src目录的golang.org/x子目录中,注意将“XXXXX”换成所需的包名,其中“.git”可以省略。


* 最基本的折线图绘制

假设我们有一组数据,代表空间中的几个点,用(x, y) 这样的坐标值来表示,现在希望画出这几个点的坐标图,那么可以用类似下面的代码来实现。


package main


import (

  "gonum.org/v1/plot"

  "gonum.org/v1/plot/plotter"

  "gonum.org/v1/plot/plotutil"

  "gonum.org/v1/plot/vg"

)


func main() {

  p, _ := plot.New()


  p.Title.Text = "Gonum plot示例"

  p.X.Label.Text = "X"

  p.Y.Label.Text = "Y"


  points := make(plotter.XYs, 4)


  points[0].X = 0.0

  points[0].Y = 0.0


  points[1].X = 1.0

  points[1].Y = 1.0


  points[2].X = 2.0

  points[2].Y = 4.0


  points[3].X = 3.0

  points[3].Y = 9.0


  plotutil.AddLinePoints(p,"y = x * x", points)


  p.Save(4*vg.Inch, 4*vg.Inch, "points.png")

}

代码 5‑46 gonum/plot包绘制基础折线图

* 注:本系列文章中的代码,一般可以在https://github.com/topxeq/goexamples中找到,本例可参考其中的plot1代码。

代码5‑46应该是用gonum/plot绘制图表最简单的例子了。首先做一下将用到的包或子包的引用声明。然后用plot.New函数来新建一张图表,它的第二个返回值是一个表示异常的变量,但由于一般这个调用不会出现异常,因此我们把它丢弃,而变量p则被赋值为plot.New函数的第一个返回值,即这个图表变量的指针。


接下来给p.Title.Text赋值将设定该图表的标题,给p.X.Label.Text和p.Y.Label.Text赋值将分别设置坐标系中X轴和Y轴的名称。要绘制曲线的数据放在points变量中,这是一个结构类型plotter.XYs(在子包gonum.org/v1/plot/plotter中定义),我们用make函数来给它分配4个数据项的空间来代表4个点的坐标。下面的几条语句是分别设置这4个点的X、Y坐标值。


然后用plotutil包中的AddLinePoints函数来将这4个点的数据加入图表p中,这4个点代表要绘制的一条折线。plotutil.AddLinePoints函数的第一个参数是要加入折线的图表名,第二个参数是为该折线起一个显示用的名字,第三个参数就是plotter.XYs类型的点数据。


最后,调用plot类型的Save函数来将该图表保存为一个图片。plot.Save的前两个参数分别代表要保存成图片的宽度与高度,4*vg.Inch表示我们要保存成4英寸的宽度和高度,vg.Inch是在gonum.org/v1/plot/vg子包中定义的一个常量,还可以用vg. Centimeter和vg. Millimeter来表示分米与毫米。第三个参数表示要保存的图片文件名,plot.Save会自动根据文件的名字来判断要保存的图片类型,目前支持.eps、.jpg、.jpeg、.pdf、.png、.svg、.tif和.tiff等扩展名,也就意味着以这些扩展名命名的文件将被识别并按要求格式来保存。本例中是按png格式的图片来保存的。运行本段代码后,在当前目录下会新产生一个名叫“points.png”的文件,其中内容就是输出的图表,用图片查看软件打开查看如下,



图5.7 gonum/plot包绘制的基础折线图


这是一个表示y = x2函数关系的折线图,其中有4个圆点对应我们送入的4个点的坐标。从本例可以看出,使用gonum/plot进行基本的图表绘制非常方便,所需的代码量也很少。

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