Ubuntu中Fortran数据可视化如何操作

Ubuntu下Fortran数据可视化实操指南

一、常用方案与适用场景

• GNUplot：轻量、交互式，2D/3D皆可；Fortran负责生成数据文件，GNUplot负责绘图，适合快速出图与批量脚本化。
• PLplot：成熟的C/Fortran绘图库，支持多种输出设备与2D/3D；适合在Fortran程序内直接调用API绘图。
• DISLIN：商业级绘图库，Fortran接口友好，2D/3D与多图布局简单；适合对成图质量和开发效率有要求的场景。
• PGPLOT：经典科学绘图库，2D为主；在Linux上需自行编译配置，兼容老旧代码较多。
• Python+Matplotlib联动：Fortran输出数据，Python脚本绘图；适合出版级图形与复杂可视化流程。

二、方法一 GNUplot快速出图

• 安装与准备
  • 安装：sudo apt-get update & & sudo apt-get install gnuplot
  • 编译Fortran：sudo apt-get install gfortran
• 示例
  • Fortran写数据（data.f90）

    program data
      implicit none
      integer :: i
      open(unit=10, file='data.txt', status='replace')
      do i = 1, 100
        write(10, *) i*0.1, sin(i*0.1)
      end do
      close(10)
    end program data
    

  • 编译运行：gfortran -o data data.f90 & & ./data
  • GNUplot绘图
    • 交互式：gnuplot
      • plot ‘data.txt’ using 1:2 with lines title ‘sin(x)’
      • 设置标签与图例：set xlabel ‘x’; set ylabel ‘y’; set key left
    • 批处理成PNG：gnuplot -e “set terminal png; set output ‘plot.png’; plot ‘data.txt’ u 1:2 w l t ‘sin(x)’”

三、方法二 在Fortran中调用绘图库

• PLplot
  • 安装：sudo apt-get install libplplot-dev
  • 编译：gfortran -o plot_example plot_example.f90 -lplplot
  • 特点：可在Fortran内调用初始化、坐标轴、曲线/曲面等API，支持多设备输出。
• DISLIN
  • 安装：按官方指引安装并设置环境变量（DISLIN 为商业库，需授权）。
  • 示例（绘制 y = x^2 折线）

    program simple_plot
      implicit none
      integer, parameter :: n = 10
      real :: x(n), y(n)
      integer :: i
      do i = 1, n
        x(i) = real(i)
        y(i) = x(i)**2
      end do
      call disini()
      call pagera()
      call name('X-Axis', 'x')
      call name('Y-Axis', 'y')
      call title('Simple Plot of y = x^2')
      call curve(x, y, n)
      call disfin()
    end program simple_plot
    

  • 编译（示例）：gfortran -o simple_plot simple_plot.f90 -ldislin
  • 特点：API简洁，2D/3D、多窗口、曲面/等高线、出版级成图方便。
• PGPLOT（需编译）
  • 步骤概览：下载源码，编辑 drivers.list 启用所需驱动（如 X11、PNG），运行 makemake，修改 Makefile 将 FCOMPL=g77 改为 gfortran，执行 make；设置环境变量：export PGPLOT_DIR=/your/pgplot/install；export PGPLOT_DEV=/XServe；运行示例 ./pgdemo1 验证。
  • 特点：2D为主，生态成熟，但在现代编译器下可能需要少量兼容性处理。

四、方法三 Python Matplotlib联动

• 安装
  • sudo apt-get install python3 python3-pip
  • pip3 install matplotlib numpy
• Fortran写数据（write_data.f90）

  program write_data
    implicit none
    integer, parameter :: n = 100
    real :: x(n), y(n)
    integer :: i
    do i = 1, n
      x(i) = i*0.1
      y(i) = sin(x(i))
    end do
    open(newunit=10, file='data.txt', status='replace')
    do i = 1, n
      write(10, *) x(i), y(i)
    end do
    close(10)
  end program write_data
  

• Python绘图脚本（plot_script.py）

  import matplotlib.pyplot as plt, numpy as np
  x, y = np.loadtxt('data.txt', unpack=True)
  plt.plot(x, y, label='sin(x)')
  plt.xlabel('x');
       plt.ylabel('y');
       plt.title('From Fortran')
  plt.legend();
       plt.grid(True);
       plt.show()
  

• 运行
  • gfortran -o write_data write_data.f90
  • ./write_data
  • python3 plot_script.py
• 特点：成图质量高、主题与字体控制灵活，适合论文/报告与复杂可视化。

五、选型与排错建议

• 选型建议
  • 快速探索与批处理：优先用GNUplot。
  • 在Fortran内完成绘图、少依赖外部进程：选PLplot或DISLIN。
  • 维护老代码或教学演示：可考虑PGPLOT。
  • 追求出版级图形与可重复性工作流：用Fortran+Matplotlib。
• 常见问题
  • 找不到库：编译时加入正确链接选项（如 -lplplot、-ldislin），并设置环境变量（如 PGPLOT_DIR）。
  • 中文乱码：GNUplot/Matplotlib需配置支持中文的字体（如 DejaVu、Noto Sans CJK）。
  • 图形设备不可用：PLplot/DISLIN/PGPLOT需启用对应设备驱动（如 X11、PNG、PDF）。
  • 数据格式问题：确保列分隔符与读取列号一致（GNUplot 常用 using 1:2 指定第1、2列）。

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