Построение графиков

Построение графиков при помощи Plots

Для визуализации данных необходимо загрузить пакет Plots:

using Plots

Рассмотрим несколько типовых задач построения графиков с помощью пакета Plots:

Построить график сигнала — используйте пакет Plots для работы с визуализацией данных и постройке график вашего сигнала.

using Plots # загружает пакет Plots
x = 0:0.01:10 # создает временной вектор от 0 до 10 с шагом 0.01
y = sin.(x) # вычисляется синус для каждого элемента временного вектора (x)
plot(x, y, xlabel="Время", ylabel="Амплитуда", title="График синусоидального сигнала") # строит график синусойды с временной осью на оси x и амплитудой на оси y

После выполнения кода, автоматически получите график синусоидального сигнала:

visualization plot 1

Построить график нескольких сигналов — используйте пакет Plots для построения нескольких сигналов на одном графике.

using Plots
x = 0:0.01:10
y1 = sin.(x)
y2 = cos.(x)
plot(x, y1, label="Signal 1")
plot!(x, y2, label="Signal 2") # используется plot! с восклицательным знаком для добавления нового сигнала на график

После выполнения кода, автоматически получите два графика сигналов синуса и косинуса соответственно:

visualization plot 2

Вы можете вывести сигналы на отдельных графиках, тогда код будет выглядеть следующим образом:

using Plots

x = 0:0.01:10
y1 = sin.(x)
y2 = cos.(x)

plot(
    plot(x, y1, label="Signal 1"),
    plot(x, y2, label="Signal 2"),
    layout = 2 # задается количество графиков, значение не может быть ниже числа описываемых plots (в нашем случае не ниже 2)
)

После выполнения кода, автоматически получите график сигналов синуса и косинуса:

visualization plot 3

Сохранить график как картинку — сохраните полученный график с помощью команды savefig в файловый браузер Engee.

savefig("my_plot.png")

После выполнения кода, получите сообщение о пути сохраненного файла:

Вывод:

"/user/my_plot.png"

Сохранить график как данные (CSV) — сохраните график как данные в файл формата CSV.

using Plots
using CSV # подключает библиотеку CSV
using DataFrames # подключает библиотеку DataFrames

x = 0:0.01:10
y = sin.(x)
my_dataframe = DataFrame(time=x, value=y) # создается DataFrame
CSV.write("my_plot.csv", delim="\t", data)

В коде создается DataFrame, который содержит два столбца: time со значениями из массива x и value со значениями из массива y. Использование структуры DataFrame для создания CSV файла обязательно в случае, если вы планируете экспортировать данные из CSV файла в переменную с типом WorkspaceArray.

Параметр delim="\t" указывает, что в качестве разделителя столбцов будет использоваться табуляция. Это полезно в том случае, если вы в будущем планируете создавать переменную с типом WorkspaceArray из CSV файла.

Вы можете сохранить данные как CSV не используя DataFrame:

open("data.csv", "w") do file # Открываем файл data.csv для записи, можно открыть еще не созданный файл
    println(file, "Column1,Column2") # Записываем  заголовки столбцов (необязательно)

    # Записываем данные
    println(file, "1,2,3")
    println(file, "4,5,6")
end

Недостатком данного метода является то, что многие операции с переменными требуют наличия DataFrame, что может снизить функциональные возможности при экспорте в CSV файл.

График, построенный с помощью Plots в командной строке, будет выведен в окно Графики Engee на отдельную вкладку plot:

plots graph 1 →

В пакете Plots существует несколько различных методов отображения графики — бэкэндов. Какой бэкенд выбрать — зависит от вашей задачи. Таблица ниже поможет вам выбрать более подходящий метод.

Использование библиотеки PlotlyJS.jl для создания трехмерных графиков может привести к проблемам при конвертации скриптов в HTML/PDF форматы, а также при публикации в сообществе.

При использовании библиотеки Plots.jl с бэкэндом plotlyjs такой проблемы не возникает.

Требования к визуализации	Бэкэнд графики
Скорость	gr, unicodeplots
Интерактивность	plotlyjs
Красота	plotlyjs, gr
Построение в командной строке	unicodeplots
Построение пространственных кривых	plotlyjs, gr
Построение поверхностей	gr

Требования к визуализации

Бэкэнд графики

Скорость

gr, unicodeplots

Интерактивность

plotlyjs

Красота

plotlyjs, gr

Построение в командной строке

unicodeplots

Построение пространственных кривых

plotlyjs, gr

Построение поверхностей

Двумерные графики

С построением двумерной кривой справится любой бэкенд. Чтобы масштабировать график и выбирать конкретные точки на кривой, подключим метод отображения графики plotlyjs:

plotlyjs();

Для создания двумерных графиков используется функция plot.

Если вы поставите точку с запятой в конце команды построения графика, то команда выполнится, но график не будет показан.

x = [-10:10;];
y = x.^2;
plot(x,y)

Вывод

plotting 1

Чтобы добавить график к существующему, добавьте восклицательный знак, чтобы получилось plot!(). Вы можете подписать оси и график, добавить заголовок, а также изменить стиль линии и фона:

plot!(2x, y, xlabel="X", ylabel="X^2", title="Парабола", linecolor =:red, bg_inside =:yellow, line =:dashdot, label = "X^2")

Вывод

plotting 2

Пространственные кривые

С помощью plot можно также построить график в трех измерениях:

y = x;
z1 = x.^2;
plot(x,y,z1, xlabel="X", ylabel="Y", zlabel="Z", linecolor =:green, label = "X^2")

Вывод

plotting 3

y = -x;
z2 = x.^2;
plot!(x,y,z2, xlabel="X", ylabel="Y", zlabel="Z", linecolor =:red, label = "Y^2")

Вывод

plotting 4

Построение графиков при помощи PlotlyJS

Второй способ визуализировать данные — использовать альтернативную библиотеку PlotlyJS.

using PlotlyJS

Если вы ранее использовали библиотеку Plots, то возможны конфликты имен функций. Поэтому будем вызывать функции построения графиков следующим образом:

PlotlyJs.<имя_функции>

Одним из недостатков библиотеки PlotlyJS является требование жесткой типизации. Так, для построения поверхности придется проводить дополнительные преобразования типов. Зато при работе с PlotlyJS не нужно выбирать и подключать бэкенды!

Двумерные графики

Чтобы построить график, нужно создать объект, описывающий строящуюся кривую, поверхность и т.д. Двумерный график можно построить, используя функцию рассеяния scatter, указав в настройках тип — линия.

... mode = "lines"

В данном примере выбран тип — линия c маркером.

line1 = PlotlyJS.scatter(x=2018:2022, y=[7.632, 7.769, 7.809, 7.842, 7.841], mode="lines+markers", name="Finland", line_color="purple");
line2 = PlotlyJS.scatter(x=2018:2022, y=[6.419, 6.300, 6.376, 6.330, 6,125], mode="lines+markers", name= "Brazil", line_width=0.5);

Теперь можно создать объект, в котором будут заданы параметры внешнего вида графика. Этот подход удобен, если есть необходимость в едином стиле графиков. Библиотека дает возможность использовать множество настроек внешнего вида. Вы можете подписывать график, выбирать толщину линий, цвета (причем выбор цвета можно задавать разными способами).

layout = PlotlyJS.Layout(title="Gross National Happiness", xaxis_range=[2018, 2022], yaxis_range=[5, 8], paper_bgcolor="RGB(250,249,245)", plot_bgcolor="#F5F3EC");

Для построения графиков используется функция plot. Если вы хотите построить несколько графиков в одном, их следует записать в виде вектора:

PlotlyJS.plot([line1, line2], layout)

Вывод

plotting 5

Пространственные кривые

Объект для построения пространственной кривой создается функцией scatter3d.

x = [-10.0:10.0;];

cubic = PlotlyJS.scatter3d(x=x, y=-x, z=x.^3, mode="lines");
PlotlyJS.plot(cubic)

Вывод

plotting 6

Поверхности

Построим поверхность, заданную параболоидом, используя функцию surface. Для начала требуется убедиться в корректности типов данных. Координаты в x и y могут быть либо одномерными, либо двумерными массивами. При транспонировании вектора y = x' тип результата не является массивом:

println("Тип y = x': " ,typeof(x'));

Поэтому перед построением поверхности важно преобразовать тип вектора y:

y = vec(collect(x'));
z = (x.^2).+((x').^2);

Проверим типы данных:

println("Тип x: " ,typeof(x));
println("Тип y: " ,typeof(y));
println("Тип z: " ,typeof(z));

paraboloid = PlotlyJS.surface(x=x, y=y, z=z);
PlotlyJS.plot(paraboloid)

Вывод

plotting 7