2019年12月6日 星期五

SciDAVis 教學 1:XY 散佈圖基本使用方法

作者:王一哲
日期:2019/12/4




SciDAVis 的全名為 Scientific Data Analysis and Visualization,照字面的意思可以翻譯為科學資料分析與視覺化工具,用來分析數據、作圖,而且它是一套自由軟體最新的版本為1.25,下載頁面在此(前往下載) 。類似的商業軟體為 OriginSigmaPlot,但是這兩套軟體的售價不便宜,都在萬元以上。雖然用 MicroSoft Excel 和 LibreOffice Calc 也能做到類似的效果,但是 SciDAVis 處理大量數據的效果更好,即使操作界面是沒有中文化,對高中生而言應該還在可接受的範圍內。




SciDAVis

安裝軟體


如果作業系統為 Windows,請選用 scidavis.1.25-win-dist.msi,下載後使用系統管理員身份執行安裝檔,接著不斷地按下一步就完成了。如果作業系統為 Linux,請選用 scidavis-1.25.tar.gz,下載後解壓縮,再依照資料夾中的檔案 "README.installer" 的指示編輯檔案及安裝。安裝完成後執行程式,畫面如下。


SciDAVis 畫面截圖





斜直線方程式的 XY 散佈圖


從 CSV 檔匯入資料


可以在 SciDAVis 的儲存格中手動輸入以下的數據,或是先將以下的資料複製、貼上到文字編輯器中,將檔案儲存為data.csv,文字編碼應該用 ASCII 或 UTF-8 皆可。

index,x,errx,y,erry
0,1.0,0.1,4.9,0.5
1,2.0,0.1,6.9,0.5
2,3.0,0.1,9.0,0.5
3,4.0,0.1,11.1,0.6
4,5.0,0.1,13.2,0.6
5,6.0,0.2,15.2,0.8
6,7.0,0.2,16.9,0.8
7,8.0,0.2,18.9,0.8
8,9.0,0.2,20.9,0.8
9,10.0,0.2,22.8,0.8



由選單:FileImport ASCIICtrl + K,開啟匯入檔案視窗。

匯入檔案選單



由於資料是以逗號分隔,在匯入檔案視窗中,要記得將 Separator 選項改成逗號。另外也可以選擇要將資料匯入哪一個表格,可以蓋掉現有表格的資料,也可以另外增表格。


匯入檔案視窗




匯入資料檔後的表格



設定欄位資料格式


接著在要修改的欄位上按滑鼠左鍵,在畫面右側也可以更改欄位的描述及資料格式。


更改欄位的描述




更改欄位的資料格式



在要修改的欄位上按滑鼠右鍵,選擇 Set Column(s) As 即可修改欄位的資料用途,分別將欄位index設為X、欄位x設為X、欄位errx設為X Error、欄位y設為Y、欄位erry設為Y Error。


設定欄位的資料用途



繪製帶有誤差槓的XY散佈圖


插入XY散佈圖

先選取欄位x、y之後,再從選單選取 PlotScatter,或是在欄位上按滑鼠右鍵,從快速選單中選取 PlotScatter

從選單插入XY散佈圖

從快速選單插入XY散佈圖

預設格式的XY散佈圖


修改圖片格式

如果想要修改資料點格式,可以在圖片的資料點上連點滑鼠左鍵兩下,勾選 Fill Color 會在點中填滿指定的顏色,Edge Color 是點的邊緣線條顏色。

修改資料點格式



點選 Plot Associations,可以修改資料點x軸、y軸數值對應的欄位。

修改資料點對應的欄



如果想要修改座標軸及標籤的格式,可以在圖片的座標軸上連點滑鼠左鍵兩下,點選 Axis 分頁,在 Title 欄位中可以修改標籤內容,支援HTML語法;點選 Axis Font 可以修改座標軸數字的字型及大小。


修改座標軸性質




修改座標軸數字的字型




修改格式後的XY散佈圖



插入誤差槓

點選圖片後從選單選取 GraphAdd Error Bars 或按快速鍵 Ctrl + B


插入誤差槓



勾選 Existing column,從資料表中選取不準量的來源,在視窗的下方勾選 X Error BarsY Error Bars,最後點選右上方的 Add





插入誤差槓的XY散佈圖



插入趨勢線

點選圖片後從選單選取 AnalysisQuick FitFit Linear


選單插入趨勢線



擬合的結果如下,看起來只有考慮y軸不準量。

$a = 1.9979669965615 \pm 0.0715310360117212$
$b = 2.99177166800124 \pm 0.371842523931618$
$R^2 = 0.999509982857237$


擬合結果



如果要再開啟輸出結果的視窗,可以從選單選取 ViewResults Log

開啟輸出結果視窗



匯出成圖檔

點選圖片後從選單選取 FileExport GraphCurrent 或按快速鍵 Alt + G


匯出圖檔選單



決定存檔路徑、檔名及圖片格式,最後按存檔。經過測試後發現,存成png檔大約400KB,存成jpg檔大約35KB,但是在電腦螢幕上看起來效果差不多。

匯出圖檔視窗




匯出的XY散佈圖



練習題


請將以下的數據輸入至 SciDAVis,繪製帶有誤差槓的 XY 散佈圖,並做線性擬合,找出最接近直線的斜率和截距,理論上擬合的結果約為

$$slope = -3.05 \pm 0.06$$
$$intercept = 5.09 \pm 0.25$$
$$R^2 = 0.9995$$

index,x,errx,y,erry
0,2,0.2,-1.02,0.2
1,4,0.3,-7.13,0.5
2,6,0.1,-12.87,1.0
3,8,0.2,-19.36,1.8
4,10,0.3,-25.43,2.1
5,12,0.1,-29.87,2.0
6,14,0.3,-37.98,2.2
7,16,0.2,-43.17,1.9
8,18,0.3,-50.66,1.8
9,20,0.1,-56.45,2.1


練習題線性擬合結果







參考資料


  1. SciDAVis 官方網站。2019年12月4日,取自 http://scidavis.sourceforge.net/
  2. 賈至達(2017)。SciDAVis數據繪圖軟體簡介,取自 http://typt.phy.ntnu.edu.tw/images/Documentation/SciDAVis_intro_NTNU_Professor_Chia.pdf





HackMD 版本連結:https://hackmd.io/@yizhewang/r1dFK0NTH

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