Ubuntu中Fortran如何进行数据可视化

Ubuntu中Fortran进行数据可视化的常见方法

1. 使用GNUplot（简单2D绘图）

GNUplot是Fortran常用的外部绘图工具，适合生成简单的线图、散点图等。

• 安装GNUplot：在Ubuntu终端运行sudo apt-get update && sudo apt-get install gnuplot。
• Fortran生成数据：编写Fortran程序（如data.f90），通过open语句将计算结果写入文本文件（如data.txt）。示例代码：

  program data
      implicit none
      integer :: i
      open(unit=10, file='data.txt', status='replace')
      do i = 1, 10
          write(10, *) i, sin(i)  ! 写入x（i）和y（sin(i)）数据
      end do
      close(10)
  end program data
  

• 编译与运行Fortran程序：gfortran -o data data.f90 && ./data，生成data.txt。
• 用GNUplot绘图：终端输入gnuplot，然后执行plot 'data.txt' using 1:2 with lines（1:2表示用第1列作为x轴、第2列作为y轴，with lines表示用线条连接数据点）。

2. 使用PLplot（Fortran原生图形库）

PLplot是专门为科学可视化设计的Fortran/C库，支持2D/3D绘图，功能更强大。

• 安装PLplot开发包：sudo apt-get update && sudo apt-get install libplplot-dev。
• Fortran代码示例：编写plot_example.f90，调用PLplot API绘制正弦曲线：

  program plot_example
      use plplot
      implicit none
      integer :: ierror
      call plinit(ierror)  ! 初始化PLplot
      if (ierror /= 0) then
          print *, 'Error initializing PLplot'
          stop
      end if
      call pltxy(1.0, sin(1.0), 0.0)  ! 添加数据点（x=1.0, y=sin(1.0)）
      call pltxy(2.0, sin(2.0), 0.0)
      call pltxy(3.0, sin(3.0), 0.0)
      call pltlabel('X Axis', 'Y Axis', 'Sine Wave')  ! 添加坐标轴标签和标题
      call plttitle('Simple PLplot Example')
      call pltgrid(.true.)  ! 显示网格
      call pltdraw()  ! 渲染图形
      call pltpause(10.0)  ! 暂停10秒（方便查看）
      call pltfin(ierror)  ! 结束绘图
  end program plot_example
  

• 编译与运行：gfortran -o plot_example plot_example.f90 -lplplot，执行./plot_example即可显示图形窗口。

3. 通过Python+Matplotlib间接可视化

若需更复杂的图表（如交互式图、热力图），可借助Python的Matplotlib库，通过Fortran生成数据后调用Python脚本。

• 安装Python依赖：sudo apt-get update && sudo apt-get install python3 python3-pip && pip3 install matplotlib numpy。
• Fortran生成数据：编写write_data.f90，将数据写入data.txt（同方法1）。
• Python读取并绘图：编写plot_script.py，使用Matplotlib读取data.txt并绘制折线图：

  import matplotlib.pyplot as plt
  # 读取Fortran生成的data.txt
  with open('data.txt', 'r') as file:
      data = [float(line.strip()) for line in file]
  # 绘制折线图
  plt.plot(range(1, len(data)+1), data, marker='o')
  plt.xlabel('Index')
  plt.ylabel('sin(Index)')
  plt.title('Data Visualization via Python+Matplotlib')
  plt.grid(True)
  plt.show()
  

• 编译与运行：gfortran -o write_data write_data.f90 && ./write_data && python3 plot_script.py，即可显示交互式图表。

4. 其他间接方法（适合复杂场景）

• Grafana：将Fortran数据导出为CSV/JSON格式，导入Grafana进行实时监控和可视化（适合时间序列数据）。
• Paraview：用于3D数据可视化（如有限元计算结果），需将Fortran数据转换为VTK等兼容格式，再通过Paraview打开。