科学可视化中的各类绘图画布
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发布时间: 2025-08-19 01:19:34 阅读量: 12 订阅数: 31 
Java平台上的数值计算与数据分析
# 科学可视化中的各类绘图画布
## 1. 轻量级画布（Lightweight Canvases）
### 1.1 SPlot 示例
通过以下代码展示了 SPlot 画布的基本使用：
```python
c1.draw(p1);
c1.draw(p2)
c1.addLegend(0," Data1 ");
c1.addLegend(1," Data2 ")
c1.update()
```
执行这段脚本会弹出一个窗口，显示两组数据点，并插入指示每个数据集的图例。
### 1.2 再次绘制 Henon 吸引子
之前使用 P1D 类构建 Henon 奇怪吸引子时，在脚本执行期间无法看到 (x, y) 点填充画布，需要等待 P1D 容器填满后才显示吸引子图像，不仅不便还会导致大量内存使用。现在使用 SPlot 类的 `addPoint()` 方法重写代码：
```python
from jhplot import *
c1 = SPlot ()
c1.setGTitle(" Henon attractor ")
c1.setMarksStyle(" pixels ")
c1.setConnected(0, 0)
c1.setNameX("x")
c1.setNameY("y")
c1.visible()
a = 1.4;
b = 0.3
x =0;
y=0
for i in range(100000) :
x1=x
x =1+y-a*x*x
y=b*x1
c1.addPoint(0,x,y ,1)
if i %1000==0:
c1.update()
```
执行该脚本可以看到在程序运行时，点如何实时填充吸引子。
## 2. 交互式绘图画布（Canvas for Interactive Drawing）
### 2.1 HPlotJa 画布概述
对于涉及绘制图表和常规数据驱动绘图的复杂任务，应使用 HPlotJa 画布。它在显示函数、数组和直方图方面与 HPlot 类相似，可使用相同的 `draw(obj)` 方法显示列表、F1D、H1D 和 P1D 对象的实例。但它具有许多高级功能：
- 绘图更具交互性，可以轻松操作不同的绘图区域、进行插入和叠加等。
- 可以使用脚本或对象编辑器绘制图表。
- 有一个内置编辑器，可用于移动、剪切和删除绘制的对象。
构建 HPlotJa 画布实例的代码如下：
```python
from jhplot import *
c1= HPlotJa ()
c1= visible ()
```
与 HPlot 的最大区别在于，许多与绘制坐标轴相关的方法不能直接调用，而要通过 `getPad()` 方法，示例如下：
```python
from jhplot import *
c1= HPlotJa (" Canvas " ,600 ,400 ,1 ,2)
c1.visible ()
c1.cd (1 ,2)
pad=c1.getPad () # get current pad
pad.setRange (0 ,0 ,1) # set axis range [0 ,1] on X
```
### 2.2 绘制图表
创建 HPlotJa 画布对象后，可以使用 JaxoDraw 的鼠标点击和拖动方式绘制图表。要实现这一点，需从 [Option] 菜单中选择 [Editor] 选项。以下是绘制 “胶子” 和 “费米子” 线的示例代码：
```python
from jhplot import *
from jhplot.jadraw import *
c1= HPlotJa (" Canvas " ,500 ,400 ,1 ,1 ,0)
c1.visible ();
c1.showEditor (1)
gl= Diagram.GlLine (0.3 ,0.2) # gluon line
gl.setRelWH (0.0 ,0.5 ," NDC")
c1.add(gl)
gl= Diagram.GlLoop (0.56 ,0.4) # gluon loop
gl.setRelWH (0.0 ,0.1 ," NDC")
c1.add(gl)
gl= Diagram.FLine (0.7 ,0.2) # fermion line
gl.setRelWH (0.0 ,0.5 ," NDC")
c1.add(gl)
c1.update ()
```
在这个例子中，由于 HPlotJa 构造函数的最后一个参数设置为零（Java false），所以不显示坐标轴。同时使用了 `add()` 和 `update()` 方法来显示标签和图形基元。
### 2.3 SHPlotJa 类
类似于 SHPlot 类，可以使用静态类 SHPlotJa 创建代表 HPlotJa 画布对象的单例。这样每次执行脚本时不会创建新的画布框架对象，而是重绘现有的对象。创建单例的示例代码如下：
```python
from jhplot import SHPlotJa
c1= SHPlotJa.getCanvas ()
c1.setGTitle(" Global title ");
c1.setNameX("X")
c1.setNameY("Y")
c1.visible (1)
```
## 3. XY 自定义绘图
### 3.1 HPlotXY 画布
HPlotXY 类可构建灵活的数学画布，它可以像 HPlot 画布一样绘制数据，还能分别绘制每个图形组件。以下是一个简单的使用数组绘制 X - Y 线的示例：
```python
from org.jplot2d.data import *
from org.jplot2d.element import *
from jhplot import *
from array import *
c1= HPlotXY ( False )
c1.visible ()
fac , plot = c1.getFactory () ,c1.getPlot ()
title = fac.createTitle(" Axis Demo ")
title.setFontScale (2)
plot.addTitle ( title )
xaxis = fac.getInstance().createAxis ();
xaxis.getTitle().setText("x axis ")
plot.addXAxis ( xaxis )
yaxis = fac.createAxis ();
xaxis.getTitle().setText("y axis ")
plot.addYAxis ( yaxis )
x= array('d' ,[0, 2, 4, 6, 8, 10 ,50])
y= array('d' ,[ 0, 0.6 , 1, 0.4 , 0.5 , 0.8 , 0.4])
graphData = XYGraphData ( ArrayPair (x, y))
graph = fac.createXYGraph ( graphData )
layer0 = fac.createLayer ()
layer0.addGraph ( graph )
plot.addLayer ( layer0 , xaxis , yaxis )
```
这里使用了 “图层” 的概念构建绘图，图层具有足够的灵活性，可以创建子图或多轴图。
### 3.2 WPlot 画布
Java 类 WPlot 是另一种绘图数据的替代画布，它支持绘制线图、散点图和直方图。以下是一个在极坐标中显示散点图的简单示例：
```python
from jhplot import *
from java.awt import Color
p1= P1D(" data Nr1")
p2= P1D(" data Nr2")
for i in range(10) :
p1.add(0.3 *i,i) # theta =0.3 *i, R=i
p2.add( -0.2*i ,2*i) # theta = -0.2*i, R=2*i
p1.setColor ( Color.blue )
p2.setColor ( Color.red)
c1 = WPlot ()
c1.visible ()
c1.draw(p1 ," PolarScatter ")
c1.draw(p2 ," PolarScatter ")
```
### 3.3 HPlotJas 画布
HPlotJas 画布采用不同的方法在交互式绘图中显示数据，它基于 FreeHep Java 库的 Jas2 包，因此在显示数据和直方图方面与之前的绘图有不同的外观和感觉。以下代码填充了 1D 数组和两个直方图：
```python
from java.util import *
from jhplot import *
h1 = H1D("1D histogram " ,100,-2, 2.0)
h1.fillGauss (1000 ,0 ,1) # fill with 1000 random numbers
h2 = H2D("2D histogram " ,50,-2, 2.0 ,50 , -2 ,2)
h2.fillGauss (1000 ,0 ,1 ,0 ,1) # fill with 1000 random numbers
p0=P0D (" Normal distribution ")
p0.randomNormal (1000 ,0 ,10) # fill with 1000 random numbers
c= HPlotJas (" JAS",ArrayList ([h1 ,h2 ,p0 ])) # pops -up a menu
```
运行这段代码会弹出一个包含数据和画布的菜单，用鼠标选择 “Data” 并点击代表直方图或数据数组的对象，即可在画布上看到绘制的数据。该画布的一个显著特点是具有多个有用的绘图和数据叠加选项，还可以使用内置的解析函数交互式拟合数据。
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|序号|作者|书名|出版信息|ISBN|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|[1]| M. Abramowitz 和 I.A. Stegun| Handbook of Mathematical Functions| Dover, New York, 1972年第10次印刷| 0 - 486 - 61272 - 4|
|[2]| D. Bouwmeester, A.K. Ekert, 和 A. Zeilinger| The Ph
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