於 Lubuntu 上安裝 SciDAVis

作者：王一哲
日期：2020/4/1

前言

以前在舊版的 Linux 上安裝 SciDAVis 相當簡單，只要輸入以下的指令即可

sudo apt-get install scidavis

但是在新版的 Linux 發行版中卻很困難，這是因為 SciDAVis 使用的是 qt4，需要先解決套件的相依性問題才能安裝 SciDAVis。由於我之前在 Lubuntu 上測試時已經安裝了太多的套件，為了找出真正需要先安裝的套件，我用 VMware Workstation Player 建立虛擬機器，再於虛擬機器上安裝 Lubuntu 19.04，從作業系統剛安裝好的狀態下試著安裝 SciDAVis。

步驟

由於 SciDAVis 需要使用 qt4，雖然LUbuntu 裡本來就有 /usr/share/qt4/ 這個資料夾，但裡面沒有我們需要的東西，先用以下指令安裝 qt4

sudo apt install qt4-dev-tools qt4-bin-dbg

再用以下的指令安裝編繹套件時需要的工具

sudo apt install make g++

其實需要的套件很多，但是 apt 會自動幫我們安裝 make 和 g++ 相依的套件。安裝完成之後，我們再安裝另一個必要的套件 qwt，但這次需要編譯安裝，先從以下的連結下載壓縮檔

https://sourceforge.net/projects/qwt/files/qwt/6.1.4/

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 Origin 和 SigmaPlot，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

SciDAVis 教學 2：作圖技巧及化直

作者：王一哲
日期：2019/12/4

作圖原則

1. 假設自變數為$x$、應變數為$y$，先畫出$y-x$關係圖，如果數據點看起來分布在一條斜直線上，利用線性迴歸畫出最接近直線，計算斜率、截距及其不準量；如果數據點看起來是分布在一條曲線上則進行步驟2。
2. 計算 $\log x$、$\log y$，畫出$\log y - \log x$關係圖，如果數據點看起來分布在一條斜直線上，利用線性迴歸畫出最接近直線，計算斜率、截距及其不準量，其中斜率可以代表$x$、$y$取幾次方時兩者的關係為線性。假設$x$、$y$數學關係為
   $$y^m = kx^n$$
   $$m \log y = \log k + n \log x$$
   $$\log y = \frac{n}{m} \log x + \frac{\log k}{m}$$
   因此$\log y - \log x$關係圖的最接近直線斜率為$n/m$。
3. 計算 $x^n$、$y^m$，畫出$y^m - x^n$關係圖，如果數據點看起來分布在一條斜直線上，利用線性迴歸畫出最接近直線，計算斜率、截距及其不準量。

自由落下時間與高度關係圖

假設小球原為靜止、離地面高度為$h$、受到重力作用開始落下，只考慮重力的作用，重力加速度$g = 9.8~\mathrm{m/s^2}$，小球在空中飛行時間為$t$、飛行時間不準量為$errt$，實驗數據如下

h(m),t(s),errt(s)
2,0.65,0.01
4,0.89,0.01
6,1.11,0.01
8,1.27,0.01
10,1.42,0.01
12,1.57,0.01
14,1.71,0.01
16,1.79,0.01
18,1.92,0.01
20,2.03,0.01

先畫出$t - h$關係圖，發現數據點應該是分布在一條曲線上，無法進行線性擬合。

t - h 關係圖

最接近直線

作者：王一哲
日期：2019/8/5

前言

物理科及化學科在處理實驗數據時，通常會先繪製 XY 散佈圖，如果資料點看起來有線性的關係，就要用最小平方法計算最接近直線的斜率和截距，再試著解釋斜率和截距的物理意義。但如果更講究一點，由於測量數據時本身就會有一定的不準量，最接近直線的斜率、截距也會有不準量，要用什麼方法才能很方便地算出這些數呢？

最接近直線公式

以下的公式是我從物理奧林匹亞培訓講義上抄來的。假設操縱變因（自變數）為$x$、不準量為$\Delta x$，測量的應變變因（應變數）為$y$、不準量為$\Delta y$，數據共有$n$組。則最接近直線

$$斜率 \quad a = \frac{\sum x \sum y - n \sum xy}{(\sum x)^2 - n \sum x^2}$$
$$截距 \quad b = \frac{\sum x \sum xy - \sum y \sum x^2}{(\sum x)^2 - n \sum x^2}$$
$$相關係數 \quad R = \frac{\sum x \sum y - n \sum xy}{\sqrt{\left[ (\sum x)^2 - n \sum x^2 \right] \left[ (\sum y)^2 - n \sum y^2 \right]}}$$

為了要計算斜率及截距的不準量，我們先定義下列的符號

$$\sigma_x = \sqrt{\frac{\sum (\Delta x)^2}{n}}$$
$$\sigma_y = \sqrt{\frac{\sum (\Delta y)^2}{n}}$$
$$\sigma = \sqrt{\sigma_y^2 + a^2 \sigma_x^2}$$

斜率與截距的不準量分別為

$$斜率的不準量 \quad \Delta a = \sqrt{\frac{n \sigma^2}{n \sum x^2 - (\sum x)^2}}$$
$$截距的不準量 \quad \Delta b = \sqrt{\frac{\sigma^2 \sum x^2}{n \sum x^2 - (\sum x)^2}}$$

如果要將$x$軸的不準量$\Delta x$加到$y$軸上，等效的$y$軸不準量計算方式為

$$\Delta y_{eff} = \sqrt{(\Delta x)^2 + (a \Delta y)^2}$$

SciDAVis繪圖：XY散布圖

SciDAVis繪圖：XY散布圖

 日期：2018/3/25

　　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1.22，下載頁面在此（前往下載） 。類似的商業軟體為 Origin 和 SigmaPlot，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。

　　以下教學用採的繪圖數據是由 VPython 教學〈終端速度〉的程式碼產生的，下載連結在此（取得檔案）。

安裝軟體

　　如果作業系統為 Windows，請選用 scidavis.1.22-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-1.22.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

繪製等位線的方法：SciDAVis

作者：王一哲
日期：2018/3/15

前言

最近正好教到靜電學，想要試著用電腦畫出等位線。一開始想到以前用過的 Gnuplot 好像可以辦到，但是它的選項全部都要用指令調整，有點麻煩。後來又想到 Python 當中有一個功能強大的繪圖套件 Matplotlib，但是在網路上找到的範例看起來看麻煩。最後才想到 SciDAVis 應該有這樣的功能，在 Google 上搜尋關鍵字 scidavis 3d plot 的第1個結果就是我尋找已久的答案：http://scidavis.sourceforge.net/manual/x528.html

用 SciDAVis 搭配 matrix 繪製的等電位線圖形

使用版本

SciDAVis 1.22，下載頁面 https://sourceforge.net/projects/scidavis/files/SciDAVis/1.22/