原文在http://www.combimouse.com/index.htm，是多頁面格式，本人進行了整理，方便閱讀

1 ?????? 簡介

1.1 ?? 介紹 gnuplot

gnuplot 是一個命令導(dǎo)向的交談式的繪圖軟件，在 1986 年由 Colin Kelley 和 Thomas Williams 發(fā)展而成。 gnuplot 的功能就是把數(shù)值數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)函數(shù)轉(zhuǎn)換成容易觀察的平面或立體的圖形，幫助研究者找出資料背后所隱藏的意義。因此 gnuplot 并不是一般常見的美工繪圖軟件，也不是從事數(shù)學(xué)運算的程序，它最適合的是在科學(xué)研究的過程中，代替研究人員完成數(shù)據(jù)繪制與理論模型比對等機械化的工作，來加速研究的進行。

1.2 ?? 科學(xué)繪圖與 gnuplot

科學(xué)研究大致上是有一定程序的，通常是先收集數(shù)據(jù)，經(jīng)過一些計算得到較容易了解的數(shù)據(jù)，再嘗試觀察出其中的一些法則。而觀察大量數(shù)據(jù)最有效的方法，自然是透過繪圖的方式。傳統(tǒng)的繪圖工具是方格紙、對數(shù)紙和直尺、鉛筆等，用人工的方式描繪，其過程曠日費時且容易犯錯， gnuplot 就是為了解決這個問題而設(shè)計出來的自動化繪圖工具。它可以讓使用者很容易地讀入外部的數(shù)據(jù)文件，立即在屏幕上看到圖形，并且選擇和修改圖形的畫法，明顯表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的特性。

在初步看過數(shù)據(jù)的圖形表示后，研究者可能由此獲得一些啟發(fā)，例如懷疑數(shù)據(jù)曲線／曲面可能是某類函數(shù)所構(gòu)成；或者研究者原本就推論其數(shù)據(jù)應(yīng)符合某個模型，這時候必須把數(shù)據(jù)的圖形和模型所產(chǎn)生的圖形畫在一起做比對的工作。 gnuplot 繪制數(shù)學(xué)函數(shù)的功能就在這里派上了用場，配合同時繪制數(shù)個曲線／曲面并標(biāo)色的能力，可以很容易比對不同的數(shù)據(jù)和模型。在比對曲線時還可以加上誤差的范圍，立刻看出模型是否真正準(zhǔn)確地預(yù)測了數(shù)據(jù)的行為。在這個過程中，研究者不斷地修正其模型或數(shù)據(jù)，用 gnuplot 繪圖加以驗證，如此重復(fù)進行，直到研究告一段落。

到了這個階段，研究者常會把這些工作的過程和結(jié)果記錄下來，他可以把 gnuplot 的圖形直接在各種打印機上印出來，輯入工作記錄之中。如果要將之撰寫成論文，可以把圖形存成所用的論文排版軟件（例如 LaTeX ）所能接受的圖形格式檔案 （例如 Postscript 格式），置入論文之中。也可能他覺得 gnuplot 畫的圖還不夠好，想要自己加以修改例如用箭頭和批注強調(diào)圖中某個特異之處，那么可以把圖形存成一些美工軟件能夠接受檔案格式，加以潤飾后再放入文件之中。

1.3 ?? 關(guān)于這本導(dǎo)讀

這本導(dǎo)讀撰寫的目的，是希望讓沒有用過 gnuplot 的使用者在讀過這份簡要的導(dǎo)讀后，能了解到 gnuplot 在設(shè)計與使用上的精神，或者至少可以很快地知道 gnuplot 是不是他工作上所需要的工具。如果您已經(jīng)懂得 gnuplot 的使用方法，或看過以后決定以 gnuplot 作為您的工作伙伴，也希望您可以從這本導(dǎo)讀中獲得一些想法上的觸發(fā)，讓您在使用 gnuplot 時更能夠得心應(yīng)手。

在決定這本導(dǎo)讀的題材時，曾經(jīng)有許多的考慮。它的性質(zhì)有點接近常見的使用文件中的教學(xué)指引 (Tutorial Guide) ，但我們不希望像教學(xué)指引一樣把不同的題材割裂開來，秀幾個范例，然后使用者還要自己去拼湊出整體的概念。我們的理想是希望能用一個接近真實情況的完整故事串起所有的題材，換句話說，我們營造一個虛擬的情境，讀者在此由實際上的需要推導(dǎo)出工具所應(yīng)具備的功能。雖然讀者不是這個工具的制造者，但工具的觀念和動機卻是在這個過程中由讀者所引發(fā)的，也就比較能了解工具和人、工作的互動關(guān)系。由這樣的觀點應(yīng)該可以保持讀者在學(xué)習(xí)過程中的主動性，不至于迷失在五花八門的功能中，避免讀了一大堆招式卻不知道如何發(fā)揮的空虛感。這也是這本小冊子決定以「導(dǎo)讀」 (Touring Guide) 為名的原因。

這樣的題材無可避免地會有些不盡完備的地方，最大的影響就是不可能涵蓋所有的主題，在這本導(dǎo)讀中只用了 gnuplot 的 2D 繪圖，如 3D 繪圖等功能并未包括在此。但這應(yīng)該是值得付出的代價，因為使用工具處理事情的目的就是解決問題，原本就不講究要完全了解工具的每一個部分。如果要對 gnuplot 的功能有全盤的了解，可以另外參考 ASPAC 文件 gnuplot 使用手冊。事實上，這本導(dǎo)讀有多處必須參考“ gnuplot 使用手冊”，我們強烈建議您盡快拿到這本手冊參照使用。

這本導(dǎo)讀的內(nèi)容，是以一個假想的科學(xué)研究過程中所導(dǎo)引出的繪圖方面的種種需要和問題為主線，說明 gnuplot 所能提供的解決方法和功能。

第二章 敘述在探索數(shù)值數(shù)據(jù)意義的過程中，所產(chǎn)生的各種繪圖上的不同需求，和 gnuplot 的繪圖環(huán)境所能提供的各種解決的方法，包括數(shù)據(jù)的輸入、圖形的重復(fù)調(diào)整與比對等。第三章 敘述在研究告一段落后，如何保存和使用 gnuplot 所畫的圖，包括打印、置入文件、另加修飾等。第四章 把一些和科學(xué)繪圖沒有直接關(guān)系但可以明顯改善工作環(huán)境或流程的主題收集在此，包括在 C 程序中使用 gnuplot 繪圖、在不同環(huán)境中使用 gnuplot ，在線求助等。

2 ?????? 用 gnuplot 檢視數(shù)值資料

2.1 ?? gnuplot 的輸入數(shù)據(jù)格式

gnuplot 所要讀入的數(shù)據(jù)文件格式的要求很少，最簡單的要求是只要在檔案中有列 (column) 的結(jié)構(gòu)，可用以分辨不同字段 (field) 就行。以下就是本章的數(shù)據(jù)范例：假設(shè)某次實驗后收集得實驗資料，是一組可用以繪圖驗證的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存在一個文件名為 “data” 的檔案中，包括有三個字段 —— 依序是 X 值、 Y 值、和誤差值。

2.2 ?? 啟動 gnuplot

啟動 gnuplot 相當(dāng)簡單，例如在 UNIX 系統(tǒng)上，只要下 gnuplot 命令，便會出現(xiàn) gnuplot 的啟始畫面：

因為是在一部有 X 繪圖能力的工作站上執(zhí)行，所以在這個屏幕畫面上顯示的終端機形態(tài)為 x11 （ X 終端機）。除此之外，在其它操作系統(tǒng)上，例如 DOS, VAX/VMS 等，也與此情形類似。

若要結(jié)束 gnuplot 的工作，可用 quit 命令：

2.3 ?? 讀入數(shù)據(jù)文件繪圖

基本上， gnuplot 的繪圖命令只有二個—— plot 和 splot ，分別用來繪制二維和三維的圖形。我們可以立刻用 plot 命令描出 “data” 文件中的數(shù)據(jù)點（圖 2.1 ）。

資料描點

由于上面命令中并未指定讀入數(shù)據(jù)域位的方法， gnuplot 預(yù)設(shè)以第一列 (column) 為橫軸坐標(biāo)值，第二列為縱軸坐標(biāo)值來描點。

科學(xué)用程序有時為了方便和易讀，而同時將多行數(shù)據(jù)存在同一個檔案中，并加上批注讓其它人能知道這些數(shù)據(jù)的意義， gnuplot 會自動跳過以 # 開頭的每一行批注，并且可以用類似 C 語言中 scanf() 函數(shù)所用的格式字符串 (format string) 來分辨一行中的不同字段，和自行指定橫軸、縱軸、誤差范圍等數(shù)據(jù)所用的字段。

2.4 ?? 調(diào)整繪圖的格式

plot 預(yù)設(shè)只作描點的工作，但描點可能不足以讓人看出數(shù)據(jù)的意義。用下面的命令可以改變 plot 命令的繪圖參數(shù)，把圖上各點連接起來，觀察整個曲線的行為（如下圖）。

				
						
								?
						
				
		

				
						資料折線圖
				
		

由此圖可以明顯看出，數(shù)據(jù)中有一個尖峰 (peak) ，但在它的右側(cè)還有一個較不明顯的凸起。

針對不同意義的數(shù)據(jù)， gnuplot 提供了 9 種不同的圖樣 (styles) 供使用者選擇，包括描點、聯(lián)機、長條圖、階梯圖、誤差圖等。

2.5 ?? 藉 Gnuplot 之助進行工作

在看過前面的內(nèi)容后可以知道 —— gnuplot 就是一個圖形預(yù)視工具，很容易輸入數(shù)據(jù)和修飾圖形。您可以把工作中有關(guān)數(shù)據(jù)繪圖的部分交給它完成，再視結(jié)果決定下一步工作的進行。例如在科學(xué)研究過程中， gnuplot 所能扮演的角色不只是單純把數(shù)值數(shù)據(jù)繪成圖形，它還可以同時畫出其它數(shù)據(jù)或函數(shù)圖形與之比對。我們延續(xù)前面的范例，假設(shè)范例中的數(shù)據(jù)曲線應(yīng)該由二個高斯函數(shù)和一個常數(shù)所組成，

所算出最接近實驗數(shù)據(jù)的模型函數(shù)是：

再用 gnuplot 同時把模型函數(shù) 輸入并畫圖觀察，為了解模型函數(shù)是否準(zhǔn)確預(yù)測了實驗結(jié)果，可用誤差圖的方式畫出實驗數(shù)據(jù)加以比對（如下圖）。

				
						
								? gnuplot> G1(x)=135.64*exp(-0.5*x**2)
				
		

				
						
								? gnuplot> G2(x)=57.5824*exp(-0.05556*(x-3)**2)
				
		

				
						
								? gnuplot> G(x)=G1(x)+G2(x)+13.38
				
		

				
						
								? gnuplot> plot "data" using 1:2:3 with errorbars, \
				
		

				
						
								? "data" with lines, G(x), G1(x), G2(x)
				
		

數(shù)據(jù)、模型比對圖

可以發(fā)現(xiàn)模型曲線在圖形的中央部分雖然足夠準(zhǔn)確，但在兩側(cè)部分卻出現(xiàn)明顯的誤差，這表示模型很可能需要修正，才能正確預(yù)測實際的狀況。假設(shè)新的模型是用一個一次項來修正舊的，

重新計算后，得到新的逼近函數(shù)：

并仿照前面的方式重新繪圖比對，得到新的模型和數(shù)據(jù)比對圖（如下圖）。

數(shù)據(jù)和新模型比對圖

于是發(fā)現(xiàn)新的模型可以完全吻合所有的實驗數(shù)據(jù)，等于替這個修正的模型提出了有力的證據(jù)。在研究告一段落后，必須著手整理出研究報告或?qū)懗烧撐模?/span> gnuplot 在前面所畫的圖除了幫助研究的進行，還能以高質(zhì)量輸出，很方便地輯入文件之中。 下一章 將專門討論這個主題。

3 ?????? 輸出圖形輯入文件

3.1 ?? 印出 gnuplot 繪制的圖形

gnuplot 可以把圖形輸出到各種打印機、繪圖機，包括 Epson, NEC, HP 等打印機和 Tektronix 繪圖機等輸出裝置，或是任何 Postscript 打印機，作為簡單的工作記錄，或用作和他人討論的材料。方法是

1. 設(shè)定輸出格式；
2. 設(shè)定輸出檔案；
3. 重繪圖形至檔案；
4. 由操作系統(tǒng)將檔案印出。

其中輸出格式因打印機而有所不同，打印的命令也隨操作系統(tǒng)而有差異，下面以 UNIX 和 DOS 二操作系統(tǒng)為例說明。

3.2 ?? 在 UNIX 上打印圖形

在 UNIX 操作系統(tǒng)上，假設(shè)要將 gnuplot 的圖在一臺名為 sparc 的 Postscript 打印機上印出，可用下面的命令達(dá)成：

因為 UNIX 操作系統(tǒng)提供有 pipe 功能，故可將輸出直接傳給 lp 命令印在指定的打印機只要將 output 參數(shù)改變?nèi)缦录纯桑?/span>

那么下過 replot 命令后就會直接印出圖形。

3.3 ?? 在 DOS 上打印圖形

在 DOS 操作系統(tǒng)上執(zhí)行 gnuplot ，無法如同在 UNIX 上一樣直接印出，必須先把圖形存成檔案再行打印，例如要在 Epson 打印機印出 DOS 上的 gnuplot 圖形：

讀者可以發(fā)現(xiàn)這里不同于前一小節(jié)之處，只有終端機格式設(shè)定和操作系統(tǒng)打印命令而已。

3.4 ?? 在文件中置入 gnuplot 繪制的圖形

在論文或報告等較正式的文件中，不能像前一節(jié)那樣，把圖印在一張紙上夾入文件就好，而必須把圖形和文字合并成一份整體的文件。如今已經(jīng)有許多文書排版軟件可以完成圖文整合的工作，例如寫作科學(xué)論文常用的 LaTeX 。雖然這些軟件所能接受的圖形檔案格式并不統(tǒng)一， gnuplot 還是能將所畫的圖存成許多種常見的檔案格式，例如 Postscript, LaTeX picture, pbm 等 [1] ，直接置入排版軟件的文件之中。以您眼前這本導(dǎo)讀為例， 圖 2.1 是由 gnuplot 畫出，存在 “PlotDots.ps” 檔案中，格式為 post-script ，存盤方法和 3.1.1 節(jié)一樣。在本文的 LaTeX 源文件中，是用 psfig 命令置入此圖形文件：

有關(guān) UNIX 操作系統(tǒng)上的圖文整合方面，請參考 ASPAC 文件“X 環(huán)境下圖文整合”[2]。

3.5 ?? 依自己的需要修飾 gnuplot 繪制的圖形

gnuplot 可以在圖中加上一些說明文字，使圖形的意義更加清楚，例如坐標(biāo)軸的名稱、刻度以及圖的標(biāo)題等 [3] 。但在作為插圖之用時，有時還必須對圖形再作修改，例如強調(diào)圖中某個部分并加以說明，針對這方面的需要， gnuplot 能把圖形存成其它美工軟件可以接受的格式，修改完成后再置入文件中。下面以 圖 2.3 的數(shù)據(jù) - 模型比對圖為例，先產(chǎn)生 tgif 格式圖形文件，經(jīng)過 UNIX 上的 tgif 軟件 [4] 修改后，轉(zhuǎn)存為 Postscript 檔，再仿造前一節(jié)的方法置入文件中：

用 tgif 修改過的數(shù)據(jù)和新模型比對圖

除了 tgif 軟件外，許多其它的繪圖工具也可以對輸出圖形加工， gnuplot 支持多種圖形文件格式 [5] ，只要所用的繪圖工具能接受其中一種格式就可以，例如 fig(xfig), gpic(groff) 等，修飾完成后再選擇適當(dāng)格式輸出。除了置入文件外，也可用來印制投影片或做其它用途。

4 ?????? 其它

4.1 ?? 在程序中呼叫 gnuplot 負(fù)責(zé)繪圖

如果使用 UNIX 操作系統(tǒng)， gnuplot 也可以在程序中直接擔(dān)任畫圖的工作，雖然 gnuplot 通常是以交互方式來使用，但只要先決定好繪圖參數(shù)，也可以在程序中透過程序間通訊 (IPC, Inter- Process Communication) 將繪圖數(shù)據(jù)和繪圖命令傳給 gnuplot ，在程序執(zhí)行時就畫出圖形 [6] 。

在這種情況下使用 gnuplot 畫圖，其意義不同于 第 2 章 的使用方式。第 2 章的情況是已經(jīng)有處理完畢的資料要分析，但不清楚要用何種方式繪圖觀察，所以一邊畫圖，一邊根據(jù)圖形調(diào)整數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式，直到找出數(shù)據(jù)的意義。在程序中呼叫 gnuplot 時，必須已經(jīng)清楚數(shù)據(jù)表現(xiàn)的方式， gnuplot 只是單純地將數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成指定的圖形，也可能設(shè)計成不必等到程序結(jié)束才繪圖，而是計算到一定階段就畫圖檢查結(jié)果。這樣設(shè)計的意義和自行撰寫程序來繪圖是一樣的，但可減少自行撰寫時間和精力的浪費。

4.2 ?? 在各種環(huán)境下使用 gnuplot

雖然前面所討論的材料基本上以 UNIX 工作站環(huán)境為主， gnuplot 在很多常見的計算機上也可以執(zhí)行，它也支持一些常見的圖形終端機標(biāo)準(zhǔn)，使用者可以針對不同的工作環(huán)境，調(diào)整使用 gnuplot 的方式。

4.2.1 ?? 在不同終端機上繪圖

• X 終端機
  在本文 2.2 節(jié) 的范例中，因為所用終端機具有 X 窗口繪圖能力， gnuplot 會在啟動時自動將輸出格式設(shè)為 x11 。 X 窗口可顯示最佳的圖形質(zhì)量，但需要快速的網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以通常必須在辦公室、實驗室等有局域網(wǎng)絡(luò)的地方才能流暢地使用。大部分工作站等級以上的計算機和專用的 X 終端機都可使用 X 窗口繪圖。
• 仿真 Tektronix 終端機
  但如果你的計算機不在局域網(wǎng)絡(luò)上，例如在家中只能透過調(diào)制解調(diào)器 (modem) 聯(lián)機至辦公室的工作站，為了看到 gnuplot 的繪圖，就必須使用能仿真圖形終端機的撥接 (dial-up) 軟件，例如 MS-DOS Kermit [7] 可仿真成 Tektronix 繪圖終端機，只要在 gnuplot 中用下面命令設(shè)定 terminal 參數(shù)就可以在家中看到圖形：

其中的 `c' 是彩色 (color) 的意思。 當(dāng)然您也不一定要用 MS-DOS Kermit 才能看到圖形，其它可以仿真 Tektronix 繪圖的通訊軟件通常也行，例如 NCSA Telnet ， 但所用的 terminal 設(shè)定會有些不同，這些設(shè)定可以參考 ASPAC 文件 “gnuplot 使用手冊”的 6.2.1 節(jié) 。

4.2.2 ?? 在各種計算機上執(zhí)行 gnuplot

gnuplot 在目前許多常見的計算機上都可執(zhí)行，除了使用 UNIX 操作系統(tǒng)的計算機外，也可以在 VAX/VMS, MS-DOS , OS/2, MS-Windows [8] , Macintosh [9] 等計算機操作系統(tǒng)使用。

4.3 ?? 儲存和加載你的工作

gnuplot 可以讓您把一些命令存在檔案中，再整批加載 gnuplot 執(zhí)行，就如同您一一鍵入這個檔案中的每一行到 gnuplot 。例如載入一個檔案 "script.gp" ，可用 load 命令達(dá)成：

4.4 ?? 尋求信息和幫助

4.4.1 ?? 在線求助

gnuplot 提供方便的在線求助 (On-line Help) 功能，讓使用者在有困難時可以立刻查閱，它的在線求助是一個樹狀的結(jié)構(gòu)，用 help 命令來找出所要的使用說明。例如僅鍵入 help 可以列出所有的項目：

如果在 Help topic: 之后鍵入 plot ，就可以看到有關(guān) plot 命令的說明， plot 的說明末尾還有列出更細(xì)的說明項目：

在 Subtopic of plot: 之后可再鍵入項目繼續(xù)查詢。

4.4.2 ?? gnuplot 的其它文件

下面是一些很有用的 gnuplot 文件：

l???????? Gnuplot Reference Manual
標(biāo)準(zhǔn)的 gnuplot 參考手冊，附在 gnuplot 原始程序里，里面詳細(xì)描述了所有命令用法，適合在使用時隨時查閱參考。

l???????? Gnuplot User Guide
一本簡短扼要的使用手冊（約 17 頁），介紹 gnuplot 中最常用的功能，附以簡單的范例說明，對于沒有英文閱讀上問題者，此書也是一本頗不錯的入們書籍。您可在 ftp://picard.tamu.edu/pub/gnuplot 中找到它的 LaTeX 源文件。

l???????? Gnuplot Demo
這是一個附在 gnuplot 原始程序里的范例集，展示了 gnuplot 的大部分功能。它并不是一份文件，而是一組放在原始程序目錄下的 "demo" 目錄內(nèi)的 gnuplot 批次檔，讓使用者可以自行加載實驗 gnuplot 的各項功能。如果不想自己動手，在 http://www.cs.dartmouth.edu/gnuplot/gnuplot_demo.html 可以看到圖文并陳的原始命令和執(zhí)行結(jié)果。

l???????? Gnuplot FAQ
一般常見的 gnuplot 問題集，內(nèi)容多來自 Usenet 上的討論，并定期在其上更新，除此之外，也可以透過 Anonymous FTP ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/graphics/gnuplot-faq 或 WWW http://www.uni-karlsruhe.de/~ig25/gnuplot-faq.html 等不同方式獲得。

4.4.3 ?? Internet 上的 gnuplot 資源

l???????? Usenet
在 Usenet 上有一個專門討論 gnuplot 的討論區(qū) (newsgroup) ： comp.graphics.gnuplot ，前面提到的 Gnuplot FAQ 就是收集這里的討論，并且定期在此公布更新的版本。

l???????? WWW Info Service
這是 gnuplot 的 WWW home page ：
http://www.cs.dartmouth.edu/gnuplot_info.html
前面所提到的文件多可以在這里找到，而且多已做成 html 格式，使查詢更加快速方便。