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数据分析、科技绘图的必备工具-Microcal Origin 2003-1-1

数据分析、科技绘图的必备工具-Microcal Origin

转载自《联数网刊》第一期 作者:北京 宋善鹏

  Microcal Origin是Windows平台下用于数据分析、工程绘图的软件。它的功能强大,在各国科技工作者中使用较为普遍。下面将Origin4.1版的基本功能向大家做一个介绍。

  Origin像Microcal Word、Excel等一样,是一个多文档界面(Multiple Document Interface,MDI)应用程序,如图一。它将用户所有工作都保存在后缀为OPI的工程文件(Project)中,这点与Visual Basic等软件很类似。保存工程文件时,各子窗口也随之一起存盘;另外各子窗口也可以单独保存(File/Save Window),以便别的工程文件调用。一个工程文件可以包括多个子窗口,可以是工作表窗口(Worksheet)、绘图窗口(Graph)、函数图窗口(Function Graph)、矩阵窗口(Matrix)、版面设计窗口(Layout Page)等。一个工程文件中各窗口相互关联,可以实现数据实时更新,即如果工作表中数据被改动之后,其变化能立即反映到其他各窗口,比如绘图窗口中所绘数据点可以立即得到更新。然而,正因为它功能强大,其菜单界面也就较为繁复,且当前激活的子窗口类型不一样时,主菜单、工具条结构也不一样。

图一

  一、工作表(WorkSheet)窗口

  当Origin启动或建立一个新的工程文件时,其默认设置是打开一个Worksheet窗口,如图二。该窗口缺省为两列,分别为A(X)、B(Y),代表自变量和因变量。A和B是列的名称,将影响到绘图时的图例。可以双击列的顶部进行更改。此时你可以在该工作表窗口中直接输入数据;用光标键或鼠标移动插入点,也可以从外部文件导入数据,但应选择File/Import,Origin可以识别的数据文件格式,如文本型(ASCII)、Excel(XLS)、Dbase(DBF)等,甚至可以导入一个声音文件(.WAV),Origin可以分析这个声音文件并绘出其声波的波形图。

 

图二

  当数据输入工作表后,你可以先对输入的数据进行调整,选Edit/Set As Begin使选定的行作为绘图的起始行,Edit/Set As End则将选定行作为绘图终止行。在该种情况下可以只绘出某一段数据。选Column/Set as X、Y、Z,可以将选定列分别设为X、Y、X轴。你也可以选Column/Add New Columns,在工作表中加入新的一列。当选定某列后再选Column/Set Column Values,可以对该列的数据进行设置。Origin内置了一些函数,你可以在文本框中输入某个函数表达式,Origin将计算该表达式并将值填入该列。例如新增加一个C(Y)列,选定该列后,其缺省的表达式为Col(C)=Col(B)-Col(A),表示把每行对应的B列值减去A列值,所得结果填入C列。当然你完全可以输入一个新的函数以完成相应的功能,具体函数名称及其用法请参见Origin的用户手册或其帮助文件。

  先看看Origin基本的数据分析功能吧!先Analysis/Statistics on Columns,将弹出一个新的工作表窗口,里面给出了选定各列数据的各项统计参数,包括平均值(Mean)、标准差(Standard Deviation,SD)、标准误(Standard Error,SE)、总和(Sum)以及数据组数N,如图三。注意到该工作表窗口上方的Recalculate按钮了吗?当原始工作表中的数据改动以后,点一下这个按钮,就可以重新计算,以得到更新的统计数据。同样,选Analysis/Statistics on Rows则可以对行进行统计,只是统计结果直接附在原工作表右边,不另新建窗口。Anylysis/Extract Worksheet Data则用于从工作表窗口中提取符合一定条件的数据。例如它给定的缺省条件为:Col(B)>0,即表示从选定工作表中提取所有B列大于零的数据,并在新建的工作表窗口中显示。选Analysis/t-test可以对数据进行t检验,判断所选数据在给定置信度下是否存在显著性差异。具体的统计学名词就不在此解释了。对Script Window中的计算结果可以单独保存、打印、拷贝等,另外还可以在Analysis菜单下对数据排序(Sort)、快速傅立叶变换(FFT)、多重回归(Multiple Regression)等等,可根据需要选用。

图三  

  不管该介绍Origin强大的绘图功能了。可以先在工作表窗口中选好要用的数据,点Plot菜单,将显示Origin可以制作的各种图形,包括直线图、描点图、向量图、柱状图、饼图、区域图、极坐标图以及各种3D图表、统计用图表等等。在Tools菜单下选择Linear Fit、Polynomial Fit或Sigmoidal Fit,将分别调出线性拟合、多项式拟合、S形曲线拟合的工具箱。例如要对数据进行线性拟合,在Linear Fit工具箱上设置好各个选项后(或用其缺省值),点Fit键,则弹出一个绘图窗口,给出拟合出来的曲线,同时在弹出的Script窗口中给出拟合参数,如回归系数、直线的斜率、截距等。不论是在以上Plot菜单中选择某项,或是选用以上的某种拟合方式,都将弹出一个Graph窗口,此时主菜单、工具条结构都将发生变化。

  二、绘图(Graph)窗口

  在Edit菜单下选Copy Page,可将当前Graph窗口中所绘的整个图形拷贝至Windows系统剪贴板。这时就可以在其他应用程序,如Word中进行粘贴等操作了。而这时的Plot菜单与刚才激活窗口为工作表窗口时的就完全不一样了。选Add Plot to Layer,可在当前层中加入新的一组数据点,这个命令用于将几组数据绘于同一个图上,如图四。如果所加入的数据还要进行拟合等操作,这时应加入描点图(Scatter)。一幅图中的数据组数,将在新增加的Data菜单的底部显示,数据组名称前面打勾的是当前激活的数据组。如果要对图中已有的数据进行拟合等操作,应先在Data菜单下点击该组数据,把该组数据设为激活状态,同时在Data菜单下可选Move Data Points,光标变为方格状,这时即可以在所绘图上移动数据点,或选Remove Bad Data Points,可删去不满意的数据点(可不要用这两项功能篡改实验数据哟)。操作结束后,相应工作表窗口中数据也随之自动变化。

  图四

  此时的Analysis菜单也与刚才完全不一样了。可以在此菜单下,选Simple Math,对两组数据进行简单的数字计算,包括加、减、乘、除、乘方等。另外可以对数据进行平滑、积分、微分、平移等操作,还可以进行其他各种方式的拟合。选该菜单最下面Non-linear Curve Fit,可以调出一个更复杂的界面,在其中可以选择合适的拟合函数进行非线性拟合。如果你对Analysis菜单下众多的术语感到头疼的话,建议你还是先去看看统计学方面的书吧。Format菜单下各命令可对图形进行设置。选Format/Page,可对输出图形的实际大小进行调整;Format/Layer则用于对当前绘图层进行设置,如图形在页面中所占大小以及相对位置、是否显示背景、是否显示坐标轴等等;Format/Axes可对各坐标轴进行控制。因其选项繁多,建议对一般输出用其缺省值,然而,如需要输出一些特殊效果,就应该在对话框中进行相应的设置,例如可以通过适当的设置输出坐标网格效果。这些也可以通过在图中直接双击相应的对象进行设置。

  三、其他窗口

  在矩阵(Matrix)窗口中,可以方便地进行矩阵运算,如转置、求逆等,也可以通过矩阵窗口直接输出各种三维图表。在函数图(Function Graph)窗口中可以绘制出各种函数图形,其对应的菜单、工具条等与Graph窗口完全类似。而在版面设计(Layout Page)窗口中可以放置以上提及的各种窗口对象,如可以把一个Worksheet窗口和其对应的Graph窗口并列置于同一个Layout Page窗口中,以便最终输出,该窗口中的可以移动、改变大小等,但不能编辑。以上几类窗口,一则用法相对简单,二则平时数据处理、绘图输出中用得也相对较少,在此就不详细介绍了。

  Origin的其他功能,如其内置的LabTalk脚本语言,可以实现工作自动化,更方便更快捷地控制Origin;其Layer(层面)的概念与PhotoShop中的类似,可以产生双X轴、双Y轴(例如同一个温度坐标,左边以摄氏度显示,右边以华氏度显示)等等。综合运用这些功能就可以完成更为复杂的任务,限于篇幅,不能一一介绍了。

 
     
 
 
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