C LANGUAGE TECHNOLOGY

【C言語】gnuplotでグラフ作成

悩んでいる人

C言語からgnuplotでグラフを作成する方法を教えて!

こういった悩みにお答えします.

本記事の信頼性

  • リアルタイムシステムの研究歴12年.
  • 東大教員の時に,英語でOSの授業.
  • 2012年9月~2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校コンピュータサイエンス学部2021年の世界大学学術ランキングで20位)で客員研究員として勤務.C言語でリアルタイムLinuxの研究開発
  • プログラミング歴15年以上,習得している言語: C/C++Solidity/Vyper,Java,Python,Ruby,HTML/CSS/JS/PHP,MATLAB,Assembler (x64,ARM).
  • 東大教員の時に,C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」,C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」GitHubにオープンソースとして公開

こういった私から学べます.

gnuplot

gnuplot(グニュープロット)とは,2次元または3次元のグラフを作成するためのソフトウェアです.

私が論文を執筆する時は,よくgnuplotを利用して数値解析したグラフを作成しています.

グラフはスクリプトを利用して作成しているので,ちょっとした修正はExcelよりも簡単にできます.

gnuplotの使い方を知りたいあなたは,以下のサイトがおすすめです.

Ubuntuでgnuplotをインストールする方法は以下になります.

C言語からgnuplotでグラフ作成

C言語からgnuplotでグラフを作成する方法を紹介します.

具体的には,以下のpopen関数を利用します.処理の終了時はpclose関数で閉じます.

fopen/fclose関数の関係と似ていますね.使い方もほぼ同様です.

gnuplotでsin関数のグラフ作成

gnuplotでsin関数のグラフを作成する方法を紹介します.

gnuplotの標準関数にあるsin関数

gnuplotの標準関数にあるsin関数でグラフを作成するコードは以下になります.

19行目の「plot sin(x)」でsin関数を作成します.

実行結果は以下になります.

CUI環境で実行するとエラーになりますので,GUI環境で実行しましょう.

作成したsin関数のグラフは以下になります.

sin関数
sin関数

C言語のプログラムで計算したsin関数の配列

C言語のプログラムで計算したsin関数の配列でグラフを作成するコードは以下になります.

calculate_sin関数でsin関数を計算して配列に格納しています.

40~42行目のfor文でsin関数のグラフを作成します.

実行結果は以下になります.

作成したsin関数のグラフは以下になります.(x軸は-2\(\pi\)~2\(\pi\)の間です.)

sin関数
sin関数

sin関数のデータファイルの読み込み

sin関数のデータファイルを読み込んでグラフを作成するコードは以下になります.

このcalculate_sin関数では,sin関数のデータファイルを作成します.

50行目のfprintf関数で作成したsin関数のデータファイルを読み込んでグラフを作成します.

実行結果は以下になります.グラフは「C言語のプログラムで計算したsin関数の配列」と同じなので省略します.

gnuplotでヒストグラムのグラフ作成

gnuplotでヒストグラムのグラフを作成するコードは以下になります.

ヒストグラムのグラフは,\(y = x^2\)となります.

実行結果は以下になります.

ヒストグラムは以下になります.

ヒストグラム
ヒストグラム

応用:VEEの問題をgnuplotで解いてみた

VEEとは,2021年よりSony Musicが開始した史上最大規模のバーチャルタレント育成&マネジメントプロジェクトです.

VEEの広告で以下の問題を発見しました.

VEE

問題の数式は以下になります.

$$x^2 + (y - \sqrt[3]{x^2})^2 = 1$$

yで解くと下式になります.

$$y = \sqrt[3]{x^2} \pm \sqrt{1 - x^2}\ (-1 \leq x \leq 1)$$

上記のVEEの問題をgnuplotで解いてみました.

コードは以下になります.

27~30行目のfor文で,pow/sqrt関数を利用してyの値を計算しています.

実行結果は以下になります.

大事なのはハートです!

ハート
ハートの上部は赤,下部は黒で色分け

pow/sqrt関数を知りたいあなたはこちらからどうぞ.

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まとめ

C言語からgnuplotでグラフを作成する方法を紹介しました.

具体的には,sin関数とヒストグラムのグラフを作成しました.

応用としてVEEの問題をgnuplotで解いてみました.

C言語を独学で習得することは難しいです.

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