Mathematica軟件在期刊論文繪圖中的應用（一）

320科技工作室

2020年7月26日 19:59

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一、前言

作為本系列的第一篇文章，主要就放一些我之前用Mathematica繪制的各類插圖。
后續文章，會介紹各類常見圖形的Mathematica繪制方法，以及如何一步一步進行美化，最終達到出版刊物或者期刊級別的插圖。
這些繪圖的技巧，我也是摸索了很久，細節之處的改進花費了大量時間。如果你有這方面的需求想學進階繪圖，可以通過文末的公眾號進行一對一教學。

二、概述

常見的圖主要分為以下幾類

1、高中數學試卷上的那些插圖。類似于Latex的Tikz那種風格。

在Mathematica里我們稱之為圖元繪圖。用到的函數有Graphics、Graphics3D等。

2、各種函數繪圖。

在Mathematica里對應Plot、Plot3D、ParametricPlot、ParametricPlot3D、PolarPlot、ContourPlot、ContourPlot3D、RevolutionPlot3D、SphericalPlot3D、DensityPlot、DensityPlot3D、RegionPlot、RegionPlot3D等等。

3、各類數據繪圖。

在Mathematica里對應ListPlot、ListPlot3D、ListContourPlot、ListContourPlot3D、ListContourPlot3D、ListPointPlot3D、ListDensityPlot、ListDensityPlot3D。

4、有向圖、無向圖這類

在Mathematica里對應Graph、AdjacencyGraph、IncidenceGraph、WeightedAdjacencyGraph等等。

5、各類統計圖

在Mathematica里對應Histogram、Histogram3D、DensityHistogram、SmoothHistogram3D等等

6、總結

在Mathematica里上述函數直接調用都很簡單。進階繪圖的難點在于以下幾點

選項的控制，以最常用的Plot為例，就有好幾十個控制選項。這些選項不設置的情況下都是默認值。但是默認值未必美觀。所以很多時候要想畫一張美觀的圖，你可能需要對十幾個選項進行手動指定。大部分新手面臨的最頭疼的問題就是大量選項的指定。
選項的精準控制。很多人用了幾個月乃至幾年后，基本了解了各類選項，也會試著去對各類選項進行控制。但是也僅僅只浮于表面。比如加個圖例，很多人可能只會PlotLegends -> "Expressions"，至于圖例如何手動定義內容，4個圖例如何一行排列、如何一列排列、如何2*2排列，這些更為精準的指定，在Mathematica的幫助文檔中也少有提及。
導出的精準控制。Mathematica圖的導出效果往往和Notebook里顯示并不完全一致。特別是3維圖的導出，問題甚多。而且導出上也有許多細節需要控制。比如很多期刊或者論文對圖片的寬度以及圖里的字體字號都有著精確地要求(這里注意下圖片的字體大小是一個相對的值，圖片放大了，字也會放大，所以就需要在導出的時候就對圖片的寬度以及字體的字號進行精準的控制)。