Latex宏包pgfplots做矩形函数图像

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pgfplots

Pgfplots是一种可视化工具，可简化在文档中包含绘图的过程。基本思想是，用户提供输入数据/公式，然后pgfplots 宏包会帮助用户绘制响应的图像。

实例一、通过函数方程绘制函数图像

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%Ex1:f(x)=exp(x)
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}
\addplot[color=red]{exp(x)};
\end{axis}
\end{tikzpicture}
test-1-crop-1

其中绘制图像的语法如下：

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\addplot[option] {expression of 2D function};

在方括号内可以传递一些选项，比如我们可以像Ex1一样，将函数图像的颜色设置为红色。我方括号是必需的，如果没有传递任何选项，则方括号之间留有空白即可。在花括号内，我们要填写的2D 函数的表达式，比如在Ex1中，我们所写的表达式是 exp⁡(𝑥) 。最后最重要的是该命令必须以分号 ; 结尾。

实例二、坐标系的绘制以及3d函数图像

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\documentclass{ctexart}
\pagestyle{empty}
\usepackage{pgfplots}
\begin{document}
%Ex2: put the 2D plot and the 3D plot together
\begin{tikzpicture}
	\begin{axis}
		\addplot[color=red]{exp(x)};
	\end{axis}
\end{tikzpicture}
%Here ends the furst 2D plot

\hskip 10pt

%Here begins the 3d plot
\begin{tikzpicture}
	\begin{axis}
		\addplot3[
		surf,
		]
		{exp(-x^2-y^2)*x};
	\end{axis}
\end{tikzpicture}
\end{document}
test-1-crop-1 
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\addplot3[
    surf,
]
{exp(-x^2-y^2)*x};

注意到这里只是将2d图像的命令后面加了一个3，读者可以多修改一下option中的参数，这里的surf指surface，声明这是一个曲面图，并表面着色。

可以看到对多个图像只需要设定多个tikzpicture作用域即可

坐标系图像中的常用命令、参数与特性

  • xlabel、ylabel：设定x,y坐标轴上的标志。
  • 多个addplot可在同一个图中多次作图
  • \[\tt{domian = a:b}\]设置 𝑥 的范围为 [𝑎,𝑏] 。即只绘制函数在 𝑥∈[𝑎,𝑏] 之间的图像；
  • \[\tt{axis\,\, lines = left}\]这个命令会仅在图的左侧和底部设置轴，即我们的平面直角坐标系，而不是像我们在图片3中看到的那种默认框；
  • 添加函数标签
  • 按顺序批量谭家函数标签
  • title在axis中为图像添加标题

实例三、数据图

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%Ex6:plot from data
\begin{tikzpicture}
	\begin{axis}[
		title={Temperature dependence of CuSO$_4\cdot$5H$_2$O solubility},
		xlabel={Temperature [\textcelsius]},
		ylabel={Solubility [g per 100 g water]},
		xmin=0, xmax=100,
		ymin=0, ymax=120,
		xtick={0,20,40,60,80,100},
		ytick={0,20,40,60,80,100,120},
		legend pos=north west,
		ymajorgrids=true,
		grid style=dashed,
		]
		
		\addplot[
		color=blue,
		mark=square,
		]
		coordinates {
			(0,23.1)
			(10,27.5)
			(20,32)
			(30,37.8)
			(40,44.6)
			(60,61.8)
			(80,83.8)
			(100,114)
		};
		\legend{CuSO$_4\cdot$5H$_2$O}
		
	\end{axis}
\end{tikzpicture}

数据图像中的常用命令、参数与特性test-1-crop-1

  • mark：设定图像点的形状；如square、triangle、x等
  • \[\tt{ymajorgrids=true/false\,,xmajorgrids=true/false}\]​启用/禁用 𝑦,𝑥 轴上刻度线位置上的网格线；
  • \[\tt{xmin=a, xmax=b, ymin=c, ymax=d}\]​设置 𝑥 的最小值为 𝑎 ，最大值为 𝑏 ；设置 𝑦 的最小值为 𝑐 ，最大值为 𝑑 ；
  • \[\tt{coordinates \{\}}\]​设定坐标点画折线图
  • table {file_with_the_data.dat},使用该命令可直接通过dat数据画图

其他图像

pgfplots还支持散点图，直方图，3d图等图像。由于笔者暂时没用到，对这些图不甚了解，就不做阐述了。值得注意的是，在这些图像中使用dat数据格式的数据较多。

导言区的一些设定

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\pgfplotsset{width=10cm}

这里指定了每一张图的宽度为10cm

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\usepgfplotslibrary{external}
\tikzexternalize

由于\[LATEX\] 诞生初期并未考虑使其具备绘图功能，因此当文档中有多个pgfplot图形或它们非常复杂时，渲染它们将花费大量时间。