FORTRAN语言的图表

FORTRAN语言的图表绘制

引言

FORTRAN（Formula Translation）是一种早期的高级编程语言，最初于1957年发布，广泛应用于科学计算和数值分析。虽然随着时间的推移，许多其他语言如Python、R等在数据处理和绘图方面逐渐流行，但FORTRAN仍然在一些领域中被广泛使用，尤其是在工程和科学研究中。本文将探讨如何使用FORTRAN绘制图表，包括基础知识、绘图库的应用以及一些实际示例，旨在帮助读者掌握在FORTRAN中进行图形绘制的基本技能。

1. FORTRAN语言概述

FORTRAN是一种以数值计算为核心设计的语言，其主要特征包括：

1. 高效的数值计算：FORTRAN对于复杂的数学运算和矩阵运算有着优越的性能，适合大规模科学计算。
2. 良好的可读性：FORTRAN的语法简洁，易于学习和使用，特别适合科学和工程领域的从业者。
3. 丰富的库支持：FORTRAN拥有众多用于数值计算、统计分析和图形绘制的库。

在现代应用中，FORTRAN虽然不如Python、MATLAB等语言普及，但在许多学术和工程领域，尤其是气象学、流体力学和计算物理中，仍然扮演着重要角色。

2. 图表绘制的基础

在进行图表绘制之前，需要了解图表的基本概念。图表通常用于直观展示数据之间的关系，常见的图表类型包括：

• 折线图：显示数据随时间变化的趋势。
• 柱状图：用于比较不同类别的数据。
• 散点图：用于展示两组数据之间的相关性。
• 饼图：用于显示各部分在整体中的比例。

在FORTRAN中，绘制图表的方式主要依赖于外部库，如DISLIN、gnuplot等。

2.1 使用DISLIN绘图

DISLIN是一个强大的绘图库，支持多种图形输出格式，并且可以与FORTRAN程序无缝结合。以下是DISLIN的基本使用步骤：

1. 安装DISLIN库：确保你的计算机上已安装DISLIN库，并正确配置环境变量。
2. 包含DISLIN头文件：在FORTRAN程序中包含DISLIN的头文件，例如： fortran include 'dislin.f'
3. 初始化DISLIN：在程序中调用DISLIN的初始化函数。
4. 设置图形属性：设置图表标题、轴标签、颜色等属性。
5. 绘制图形：使用适当的绘图函数绘制图表。
6. 结束绘图：调用DISLIN的结束函数，完成绘图。

2.2 示例代码

下面是一个使用DISLIN绘制简单折线图的FORTRAN示例代码。

```fortran program simple_plot implicit none integer :: i real :: x(10), y(10)

! 初始化数据
do i = 1, 10
    x(i) = real(i)
    y(i) = x(i)**2  ! y = x^2
end do

! 初始化DISLIN
call disini()
call pagera()
call setpag('da')
call disset('window', 1, 1, 580, 580)

! 设置图形属性
call name('X-Axis', 'x')
call name('Y-Axis', 'y')
call title('Simple Plot of y = x^2')

! 绘制折线图
call curve(x, y, 10)

! 显示图形
call disfin()

end program simple_plot ```

3. 使用gnuplot绘图

除了DISLIN，gnuplot也是一个广泛使用的绘图工具，其优点在于可以通过命令行进行绘图，非常灵活。使用gnuplot进行图表绘制的步骤如下：

1. 生成数据文件：在FORTRAN程序中，将数据输出到文件中。
2. 使用gnuplot命令绘图：通过系统命令调用gnuplot，并传递绘图命令脚本。

3.1 示例代码

以下是一个将数据输出到文件并使用gnuplot绘制散点图的示例代码。

```fortran program gnuplot_example implicit none integer :: i real :: x(10), y(10) open(unit=10, file='data.dat', status='replace')

! 初始化数据
do i = 1, 10
    x(i) = real(i)
    y(i) = sin(x(i))  ! y = sin(x)
    write(10, *) x(i), y(i)  ! 写入数据到文件
end do
close(10)

! 使用gnuplot绘制图形
call system('gnuplot -e "set terminal png; set output ''plot.png''; plot ''data.dat'' with points"')

end program gnuplot_example ```

以上代码将生成一个名为“data.dat”的文件，其中包含散点数据，然后调用gnuplot生成PNG格式的图像。

4. 复杂图表的绘制

除了基本的图表，FORTRAN还可以绘制复杂的多图表和3D图形。DISLIN和gnuplot都提供了封装复杂图表的功能。

4.1 3D图表示例

使用DISLIN绘制3D图表的步骤与2D图表相似，只需调用不同的绘图函数。以下是一个3D曲面图的示例。

```fortran program surface_plot implicit none integer :: i, j real :: x(20), y(20), z(20,20)

! 初始化数据
do i = 1, 20
    x(i) = (i - 1) * 0.1
    do j = 1, 20
        y(j) = (j - 1) * 0.1
        z(i,j) = sin(x(i)) * cos(y(j))  ! z = sin(x) * cos(y)
    end do
end do

! 初始化DISLIN
call disini()
call pagera()
call setpag('da')
call view3d(0, 0, 580, 580, -40, -30, -100, 1)

! 绘制曲面图
call surface(x, y, z, 20, 20)

! 显示图形
call disfin()

end program surface_plot ```

4.2 多图表示例

在一个绘图区绘制多个子图，可以使用DISLIN的多窗口功能。

```fortran program multi_plot implicit none integer :: i real :: x(10), y1(10), y2(10)

! 初始化数据
do i = 1, 10
    x(i) = real(i)
    y1(i) = x(i)**2
    y2(i) = x(i)**3
end do

! 初始化DISLIN
call disini()
call pagera()

! 第一幅图
call subplot(2, 1, 1)  ! 2行1列，选择第1个
call title('y = x^2')
call curve(x, y1, 10)

! 第二幅图
call subplot(2, 1, 2)  ! 2行1列，选择第2个
call title('y = x^3')
call curve(x, y2, 10)

! 显示图形
call disfin()

end program multi_plot ```

5. 总结

FORTRAN在科学计算和绘图方面仍然具有重要的地位。通过使用如DISLIN和gnuplot等外部绘图库和工具，用户可以在FORTRAN中绘制出丰富多彩的图表，展示数据的不同特征。

尽管现代的图形化编程语言和软件工具种类繁多，但对于熟悉FORTRAN的科研人员和工程师来说，掌握在FORTRAN中绘图的能力仍然是非常有价值的。这不仅有助于更好地理解数值计算结果，也能够在相应的科学研究中清晰地展示数据。

希望本文能为有意深入学习FORTRAN图表绘制的读者提供有用的参考和指导。