Diagramme erstellen mit pgfplots

Diagramme erstellen mit pgfplots 

Stefan Pinnow 

Dante Herbsttagung 2010 

Institut für Chemische Verfahrenstechnik 

TU Clausthal 

Stefan Pinnow Diagramme erstellen mit pgfplots 

ICVT 1

Motivation / Ziel 

Motivation 

– . . . alles aus einem Guss 

– aber warum dann GNUplot-Diagramme einbinden? 

Ziel 

– Diagramme für einen Artikel 

→ schwarz/weiß-Diagramme 

– nicht jeden Befehl merken 


ICVT 2


Motivation 



Ziel 





ICVT 2


Motivation 



Ziel 





ICVT 2

Grundlagen 

Paket laden 

1 \input pgfplots.tex % Plain TeX 

\usepackage{pgfplots} % LaTeX 

\usemodule[pgfplots] % ConTeXt 


ICVT 3

Grundlagen 

Paket laden 




Standardachse 

1 \begin{tikzpicture} 

\begin{axis} 

% Plot code 

\end{axis} 

5 \end{tikzpicture} 

1 

0.5 

0 

0 0.5 1 


ICVT 3

Grundlagen 

Paket laden 




logarithmische x-Achse 


\begin{semilogxaxis} 

% Plot code 

\end{semilogxaxis} 


1 

0.5 

0 

10 0 

10 0.2 

10 0.4 


ICVT 3

Grundlagen 

Paket laden 




logarithmische Achsen 


\begin{loglogaxis} 

% Plot code 

\end{loglogaxis} 


10 0.4 

10 0.2 

10 0 

10 0 

10 0.2 

10 0.4 


ICVT 3

Grundlagen 

Paket laden 




logarithmische Achsen 


\begin{loglogaxis} 

% Plot code 

\end{loglogaxis} 


10 0.4 

10 0.2 

10 0 

10 0 

10 0.2 

10 0.4 

„neue“ Verbesserungen 

nutzen 

1 \pgfplotsset{compat = newest} 


ICVT 3

Kleiner Datensatz 

Concentration Rate 

/ mmol dm −3 / s −1 

338.1 266.45 

169.1 143.43 

84.5 64.80 

42.3 34.19 

21.1 9.47 


ICVT 4



/ mmol dm −3 / s −1 

338.1 266.45 

169.1 143.43 

84.5 64.80 

42.3 34.19 

21.1 9.47 

1 \addplot coordinates { 

( 338.1, 266.45 ) 

( 169.1, 143.43 ) 

( 84.5, 64.80 ) 

5 ( 42.3, 34.19 ) 

( 21.1, 9.47 ) 

}; 

200 

100 

0 

0 100 200 300 


ICVT 4



/ mmol dm −3 / s −1 

338.1 266.45 

169.1 143.43 

84.5 64.80 

42.3 34.19 

21.1 9.47 

1 \addplot coordinates { 

( 338.1, 266.45 ) 

( 169.1, 143.43 ) 

( 84.5, 64.80 ) 

5 ( 42.3, 34.19 ) 

( 21.1, 9.47 ) 

}; 

200 

100 

0 

0 100 200 300 

keine Farbe 

keine Linien 


ICVT 4


1 \addplot[ 

color = black, 

fill = black, 

mark = *, 

5 only marks 

] coordinates { 

( 338.1, 266.45 ) 

( 169.1, 143.43 ) 

( 84.5, 64.80 ) 

10 ( 42.3, 34.19 ) 

( 21.1, 9.47 ) 

}; 

200 

100 

0 

0 100 200 300 


ICVT 4


1 \addplot[ 


fill = black, 

mark = *, 

5 only marks 

] coordinates { 

( 338.1, 266.45 ) 

( 169.1, 143.43 ) 

( 84.5, 64.80 ) 

10 ( 42.3, 34.19 ) 

( 21.1, 9.47 ) 

}; 

200 

100 

0 

0 100 200 300 

Trendlinie hinzufügen 


ICVT 4


1 \addplot[ 


fill = black, 

mark = *, 

5 only marks 

] coordinates { ... }; 

\addplot[ 


10 mark = none 

] 

coordinates { 

( 0, 0 ) 

( 350, 279 ) 

15 }; 

300 

200 

100 

0 

0 100 200 300 


ICVT 4


1 \addplot[ 


fill = black, 

mark = *, 

5 only marks 

] coordinates { ... }; 

\addplot[ 



] 

coordinates { 

( 0, 0 ) 

( 350, 279 ) 

15 }; 

300 

200 

100 

0 

0 100 200 300 

Achsen beschriften 

Achsenlimits anpassen 


ICVT 4


1 \begin{axis}[ 

xlabel = 

Concentration\,/\,% 

mmol\,dm$^{-3}$, 

5 xmax = 400, 

xmin = 0, 

ylabel = Rate\,/\,s$^{-1}$, 

ymax = 300, 

ymin = 0 

10 ] 

... 

Rate / s −1 

300 

200 

100 

0 

0 100 200 300 400 

Concentration / mmol dm −3 


ICVT 4

Großer Datensatz 

Datenfile „data-set-two.txt“ 

1 Time a b c d 

0 49 7 41 1.3 

67 55 9 33 1.6 

134 61 10 26 1.9 

5 200 65 12 20 1.9 

... 


ICVT 5


Datenfile „data-set-two.txt“ 

1 Time a b c d 

0 49 7 41 1.3 

67 55 9 33 1.6 

134 61 10 26 1.9 

5 200 65 12 20 1.9 

... 

Einlesen des Datenfiles 

1 \pgfplotstableread{data-set-two.txt} 

\datatable 


ICVT 5


Erzeugen des Plots 


\datatable 

\addplot table[y = a] from \datatable ; 

5 \addplot table[y = b] from \datatable ; 

\addplot table[y = c] from \datatable ; 

\addplot table[y = d] from \datatable ; 

60 

40 

20 

0 

0 500 1,000 


ICVT 5


Alternative 


\datatable 

5 

\addplot table[y = a] from \datatable ; 

\addplot table[y = b] {data-set-two.txt} ; 

10 \addplot table[y index = 3] {data-set-two.txt} ; 

\addplot table[y index = 4] from \datatable ; 

60 

40 

20 

0 

0 500 1,000 


ICVT 5


Hinzufügen einer Legende 

1 \addplot table[y = a] from \datatable ; 

\addplot table[y = b] from \datatable ; 



5 

\legend{% 

Component \textbf{a}, 

Component \textbf{b}, 

Component \textbf{c}, 

10 Component \textbf{d}, 

} 

60 

40 

20 

0 

Component a 

Component b 

Component c 

Component d 

0 500 1,000 


ICVT 5


Alternative 

1 \begin{axis}[ 

legend entries = {% 

Component \textbf{a}, 

Component \textbf{b}, 

5 Component \textbf{c}, 

Component \textbf{d}, 

}, 

] 





60 

40 

20 

0 

Component a 

Component b 

Component c 

Component d 

0 500 1,000 


ICVT 5


Noch eine Alternative 


\addlegendentry{% 

Component \textbf{a}}; 


5 \addlegendentry{% 

Component \textbf{b}}; 

... 

60 

40 

20 

0 

Component a 

Component b 

Component c 

Component d 

0 500 1,000 


ICVT 5


Schönheitskorrekturen 

– Achsenbeschriftungen hinzufügen 

– Linien entfernen 

– 1000er Trenner entfernen 

1 \pgfkeys{ 

/pgf/number format/ 

set thousands separator = 

} 

Relative amount / % 

80 

60 

40 

20 

Component a 

Component b 

Component c 

Component d 

0 

0 200 400 600 800 1000 

Time / s 


ICVT 5


Eigene Marker definieren 

1 \pgfdeclareplotmark{halfcircle}{% 

\begin{pgfscope} 

\pgfsetfillcolor{white}% 

\pgfpathcircle{\pgfpoint{0pt}{0pt}} 

5 {\pgfplotmarksize} 

\pgfusepathqfillstroke 

\end{pgfscope}% 

\pgfpathmoveto 

{\pgfpoint{\pgfplotmarksize}{0pt}} 

10 \pgfpatharc{0}{180}{\pgfplotmarksize} 

\pgfpathclose 

\pgfusepathqfill 

} 

Ergebnis (200 %) 


ICVT 6


neuen Marker verwenden 

1 \addplot[mark = halfcircle, ... 

. . . mit Optionen 

1 \addplot[ 

mark = halfcircle, 

mark options = {rotate = 90}, 

1 [ 

] 

Legende verschieben 

legend style = { at = {(0.6,0.75)}} 


ICVT 7

Relative amount / % 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Component a 

Component b 

Component c 

Component d 

0 

0 200 400 600 800 1000 

Time / s 


ICVT 8

Ein experimentelles Spektrum 

1 [ 

was wir schon kennen 

xlabel = Chemische 

Verschiebung\,/\,ppm, 

xmin = 18, 

5 xmax = 24, 

ymax = 1.25, 

ymin = 0 

] \addplot[ 



] table {plots/data/data-set-three.txt}; 

1 

0.5 

0 

18 20 22 24 

Chemische Verschiebung / ppm 


ICVT 9


y-Achsenbeschriftung 

entfernen 

1 [yticklabels = ] 

18 20 22 24 

Chemical shift / ppm 


ICVT 10


y-Achsenbeschriftung 

entfernen 

1 [yticklabels = ] 

x-Achse umdrehen 

1 \addplot[ 

x dir = reverse, 

... 

24 

22 

20 



ICVT 10 

18


Peaks beschriften 

1 \node[ 

coordinate, 

pin = {[rotate=90]right:22.26} 

] at (axis cs:22.26,1.1) { }; 


ICVT 11 

22.26


Peaks beschriften 

1 \node[ 

coordinate, 


] at (axis cs:22.26,1.1) { }; 

gedrehte Beschriftung 

1 \node[ 

coordinate, 

pin = {[rotate=90]5:22.32} 

] at (axis cs:22.32,1.1) { }; 


ICVT 11 

22.26 

22.32


1 [ 

x dir 

xlabel 

= reverse, 

= Chemical shift\,/\,ppm, 

xmin = 18, 

5 xmax = 24, 

ymax = 1.75, 

ymin = 0, 

10 

yticklabels = 

] \addplot[ 


mark = none 

] table from {plots/data/data-set-three.txt}; 

\node[ 

15 coordinate, 

pin = {[rotate=90]5:22.32} 

] at (axis cs:22.32,1.1) { }; \node[ 

coordinate, 


20 ] at (axis cs:22.26,1.1) { }; ... 

24 

23 

22.32 

22.26 

21.96 

21.90 

21.26 



ICVT 12 

22 

21 

20 

19.03 

19 

18.32 

18

Funktionen mit GNUplot 

Formel 

E(Θ) = K 

(K Θ)K−1 

(K − 1)! 

exp(−K Θ) 


ICVT 13


Formel 

E(Θ) = K 

1 % number of CSTRs 

\newcommand\K{3} 

(K Θ)K−1 

(K − 1)! 

exp(−K Θ) 

\addplot gnuplot[ 

5 id=cascade_model_full, 

domain=\xmin:\xmax, 

samples=101, 

] 

{\K * (\K*x)^(\K-1) / (\K-1)! 

10 * exp(-\K * x)}; 

E(Θ) 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

0 1 2 3 

Θ 

-shell-escape nicht 

vergessen 


ICVT 13


cascade_model_full.gnuplot 

1 set table "cascade_model_full.table"; set format "%.5f" 

set format "%.7e";; set samples 101; set dummy x,y; plot [x=0:3] 3* (3* 

1 

cascade_model_full.table 

# Curve 0 of 1, 101 points # Curve title: "3* (3*x)**(3-1) / (3-1)! * 

exp(-3* x)" # x y type 0.0000000e+000 0.0000000e+000 i 3.0000000e-002 

1.1104264e-002 i 6.0000000e-002 4.0594132e-002 i ... 


ICVT 14


E(Θ) 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

Anteil des abfließenden 

Stromes, der älter 

als Θ ′ ist. 

0 

0 0.5 1 Θ 1.5 2 2.5 3 

′ 

Θ 


ICVT 15

Berechnungen mit GNUplot (und Co.) 

erstes Beispiel noch einmal (Kleiner Datensatz) 

Rate / s −1 

300 

200 

100 

0 

0 100 200 300 400 



ICVT 16



1 ... 

% plot regression curve with GNUplot (calculated also by GNUplot) 

\addplot [raw gnuplot] gnuplot [id=conc_rate] { 

5 % define function which should be fitted 

f(x)=a*x; 

% let gnuplot fit using column 1 and 2 of the data file 

fit f(x) ’conc_rate.txt’ using 1:2 via a; 

% Plot the function with the specified plot range 

10 plot [x=\xmin:350] f(x); }; 


ICVT 16



300 

measured data 

external program + pgfplots 

200 

external program + GNUplot 

everything GNUplot 

everything pgfplots 

Rate / s −1 

100 

0 

0 100 200 300 400 



ICVT 16

Rate / 



Rate / s −1 

300 

200 

100 

100 

0 

measured measured 

data 

external program + pgfplots 

external program + GNUplot 

everything external GNUplot p 

everything pgfplots 

external p 

everything 

Concentration everything / mm 

0 100 200 30 

0 

0 100 200 300 400 



ICVT 16

Diagramme exportieren 

nach PDF 

1 \usetikzlibrary{pgfplots.external} 

\tikzexternalize 

nach EPS 


ICVT 17

Diagramme exportieren 

nach PDF 

1 \usetikzlibrary{pgfplots.external} 

\tikzexternalize 

nach EPS 

1 \tikzset{external/system call = {latex \tikzexternalcheckshellescape 

-halt-on-error -interaction=batchmode -jobname "\image" "\texsource"; 

dvips -o "\image".ps "\image".dvi}} 


ICVT 17

Zusammenfassung 

pgfplots ist ein mächtiges Paket zum Erstellen von Diagrammen 

Die Diagramme sind 

– verschiedensten Typs (Linien, Balken, 2D, 3D, Dreieck) 

– hoher Qualität 

– konsistent zum restlichen Dokument 

– leicht anpassbar im Stil 

Keine Drittsoftware nötig 


ICVT 18

Literatur 

J. Wright 

Plotting experimental data using pgfplots 

TUGboat 31:1, 2010, p. 50 

https: 

//www.tug.org/members/TUGboat/tb31-1/tb97wright-pgfplots.pdf 

Chr. Feuersänger 

pgfplots manual 

http://pgfplots.sourceforge.net/pgfplots.pdf 

http://pgfplots.sourceforge.net/pgfplotstable.pdf 

T. Tantau 

pgf / TikZ manual 

http://sourceforge.net/projects/pgf 


ICVT 19

1 

0.5 

0 

0 

0.2 

0.4 

0.6 

0.8 1 0 

1 

0.5 

0.5 

0 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 1 

0.5 

9 

7 

5 

3 

1 

−1 

−1 

1 

3 

5 

l2 

7 

9 

l3 

L2 Error 

10 −1 

10 −2 

10 −3 

10 −4 

10 −5 

7 

9 

1 

φxφy 

φx 

φy 

0 

−1 

1 

3 

5 

l1 

d = 2 

d = 3 

d = 4 

d = 5 

d = 6 

101 102 103 104 105 106 Degrees of freedom 

25 

20 

15 

10 

5 

0 10 20 30 

120 

115 

110 

105 

100 

−4 −2 0 2 4 

1 

0.5 

0 

0 

3,000 

2,000 

1,000 

0 

−1,000 

−2,000 

−3,000 

0.5 

1 

1.5 

2 0 

0.5 

model 

estimate 

−6 −4 −2 0 2 4 6 

1 

200 

150 

100 

Population 

50 

0 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 

7 

6 

5 

4 

3 

1 

10 

− 6 

10 

0.5 

0.4 

0.3 

0.2 

0.1 

1 

1min load nodes cpus processes 

·10 7 

5 

3.8 

4.5 

4.2 4.3 

4 

3.3 

1930 1940 1950 1960 1970 

Far Near 

0 0.2 0.4 0.6 0.8 

5 

Class 1 

Class 2 

Class 3 

Line 

7 

6.5 

f(x, y) = x · y 

1 

Using Coordinate Filters to fix z = 1.4 

1 

0 

0 

0.2 

0.4 

0.6 

0.8 

x 

1 0 

0.5 

y 

150 

100 

50 

0 

−50 

−100 

−150 

−6 −4 −2 0 2 4 6 

5 

− 3 

2π −π/2 π/2 3 

2π 10 

0 

−10 

−4 

−2 

0 

−5 

2 

tan(x) 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

4 

2 

0 

−2 

4 −4 

0

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