work on plot-chapter

2024-05-04 22:50:27 +02:00 · 2024-05-04 22:50:27 +02:00 · 537498a293
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--- a/.gitignore
+++ b/.gitignore
@ -8,6 +8,7 @@
 auto/
 chapters/*.md
 chapters/*.ipynb
+chapters/*.quarto_ipynb
 *.bak
 *.bak2
 _extensions/julia/escfilter.sh
@ -20,7 +21,10 @@ fonts/ubuntu*
 *.old
 Untitled*.*
 index.ipynb
+index.quarto_ipynb
 index.md
+index.pdf.md
+index.html.md
 Julia*tex
 xelatex.py
 /.luarc.json
--- a/_quarto.yml
+++ b/_quarto.yml
@ -55,6 +55,7 @@ book:
    - chapters/7_ArraysP2.qmd
    - chapters/11_LinAlg.qmd
    - chapters/10_Strings.qmd
+    - chapters/14_Plot.qmd
  #  - chapters/makie.qmd
  #  - chapters/ablaufsteuerung.qmd
  #  - chapters/example.qmd
--- a/chapters/14_Plot.qmd
+++ b/chapters/14_Plot.qmd
@ -0,0 +1,378 @@
+# Plots, Datenvisualisierung und Grafik in Julia
+
+
+- es gibt zahlreiche Pakete, die unterschiedlich geeignet sind je nach
+
+  - Ausgabemedium: Grafikkarte, PDF, SVG, PNG, WebApp,....
+  - Interaktivität
+  - 2D- und 3D-Fähigkeiten
+  - Plottypen
+  - Umgang mit großen Datenmengen
+ ...
+ 
+  
+Tidier....
+ 
+## Einbindung anderer Grafikbibliotheken
+
+### JavaScript: Interaktivität im Browser
+
+- [PlotlyJS.jl](http://juliaplots.org/PlotlyJS.jl/stable/examples/3d/) Interface zur PlotlyJS-Grafikbibliothek
+- [Bokeh.jl](https://cjdoris.github.io/Bokeh.jl/stable/gallery/) Interface zur Bokeh-Grafikbibliothek
+- [VegaLite.jl](https://www.queryverse.org/VegaLite.jl/stable/)  Interface zu VegaLite, vor allem statistische Plots
+
+### Cairo: 2D Vektorgrafik, für Grafikkarte (screen), PDF, PNG, SVG,...
+
+- [Luxor.jl](http://juliagraphics.github.io/Luxor.jl/stable/) für Vektorgrafik
+- [Javis.jl](https://juliaanimators.github.io/Javis.jl/stable/) für animierte Vektorgrafik
+
+### Matplotlib (Python)
+
+- [PyPlot.jl](https://github.com/JuliaPy/PyPlot.jl) 
+   
+   - weitgehende 1:1-Übertragung der Python-API, deswegen wird auch auf die Matplotlib-Dokumentation verwiesen
+   - Beispiele mit Gegenüberstellung Python/Julia: [https://gist.github.com/gizmaa/7214002](https://gist.github.com/gizmaa/7214002)
+
+## Pure Julia: Makie.jl
+
+`Makie` bezeichnet sich selbst als _"data visualization ecosystem for Julia"_
+
+Es ist vollständig in Julia geschrieben und bietet als _backends_ `Cairo` (Vektorgrafik), `OpenGL` und `WebGL` an.
+
+
+- [Makie.jl](https://makie.juliaplots.org/stable/)
+- [Beautiful Makie](https://lazarusa.github.io/BeautifulMakie/) eine Seite mit vielen Beispielen
+
+
+# Plots.jl
+
+```{julia}
+using Plots
+plotly()
+
+x = 1:33
+y = rand(33)
+ 
+plot(x, y, linecolor =:green, bg_inside =:pink, line =:solid, label = "Wasserstand")
+```
+
+- [Plots.jl](https://docs.juliaplots.org/latest/) ist konzipiert als ein einheitliches Interface zu verschiedenen _backends_ (Grafikbibliotheken).
+   > Man kann zu einem anderen _backend_ wechseln und dieselben Plot-Kommandos und -Attribute verwenden.
+   
+- Einige _backends_:
+  
+   - [GR](https://gr-framework.org/)
+   - PyPlot (d.h., Matplotlib)
+   - Plotly(JS)
+   
+
+
+__Im Rest dieses Notebooks wird Plots.jl vorgestellt.__
+
+
+## einige _backends_
+
+
+```julia
+using Plots
+backend()      # Anzeige des gewählten backends, GR ist der default
+```
+
+
+```julia
+x = 1:30
+y = rand(30)
+ 
+plot(x, y, linecolor =:green, bg_inside =:pink, line =:solid, label = "Wasserstand")
+```
+
+
+```julia
+# wir wechseln das backend zu 
+# plotly/js
+
+
+plotly() 
+```
+
+
+```julia
+# dasselbe Plot-Kommando
+
+# das ist interaktiv (zoom in/out, pan), 
+# 'überlebt' aber leider die PDF-Konvertierung des notebooks nicht
+
+plot(x, y, linecolor =:green, bg_inside =:pink, line =:solid, label = "Wasserstand")
+```
+
+
+```julia
+# und noch ein backend
+
+pyplot()
+```
+
+
+```julia
+plot(x, y, linecolor =:green, bg_inside =:pink, line =:solid, label = "Wasserstand")
+```
+
+
+```julia
+# zurück zu GR als backend
+
+gr()
+```
+
+## Plots.jl und recipes
+
+Andere Pakete können die Möglichkeiten von `Plots.jl` erweitern, indem sie  _recipes_ für spezielle Plots und Datenstrukturen definieren, siehe [https://docs.juliaplots.org/latest/ecosystem/](https://docs.juliaplots.org/latest/ecosystem/), z.B.:
+
+- `StatsPlots.jl` direktes Plotten von Dataframes, spezielle statistische Plots,...
+- `GraphRecipes.jl`  [Plotten von Graphstrukturen](https://docs.juliaplots.org/stable/graphrecipes/examples/)
+- ...
+
+
+
+
+## Einige Verschönerungen
+
+
+```julia
+using Plots.PlotMeasures   # für Angaben in mm, cm,...
+using LaTeXStrings         # für LaTeX-Konstrukte in Plot-Beschriftungen
+using PlotThemes           # vorgefertigte Themen
+```
+
+
+```julia
+# Liste der Themen
+keys(PlotThemes._themes)
+```
+
+
+```julia
+Plots.showtheme(:juno)
+```
+
+
+```julia
+Plots.showtheme(:dao)
+```
+
+
+```julia
+# so legt man ein Thema für die folgenden Plots fest:
+
+theme(:dao)
+
+# Wir wollen es wieder langweilig haben...
+
+theme(:default) 
+```
+
+## Funktionen in Plots.jl
+
+```
+plot()
+scatter()
+contour()
+heatmap()
+histogram()
+bar()
+plot3d()
+... und weitere
+```
+Diese Funktionen erzeugen ein neues `Plot`-Objekt. 
+
+Die Varianten mit Ausrufezeichen `plot!(), scatter!(),...` modifizieren das letzte `Plot`-Objekt oder das `Plot`-Objekt, das ihnen als 1. Argument übergeben wird:   
+
+
+```julia
+x = range(0,10, length=40)   # 40 x-Werte von 0 bis 10
+
+pl1 = plot(x, sin.(x))
+```
+
+
+```julia
+pl1a = deepcopy(pl1)  # unmodifizierte copy aufheben
+
+pl2 = plot!(x, cos.(x))    # modifiziert pl1
+```
+
+
+```julia
+pl3 = scatter!(pl1a, x, cos.(x))   # add to (copy of) original Plot 
+```
+
+Plot-Objekte kann man als Grafikdateien (PDF, SVG, PNG,...) abspeichern:
+
+
+```julia
+savefig(pl2, "pl2.png")
+```
+
+
+```julia
+;ls -l pl2.png
+```
+
+... oder zB als Sub-Plots mit einem layout-Parameter zusammenfügen:
+
+
+```julia
+plot(pl1, pl2, pl3, layout = (1,3))
+```
+
+
+```julia
+plot(pl1, pl2, pl3, layout = (3,1))
+```
+
+## Input-Daten 
+
+- im einfachsten Fall ein Vektor von $m$ `x`-Werten und ein gleichlanger Vektor von $m$ `y`-Werten
+- falls $y$ eine $m\times n$-Matrix ist, wird jeder Spaltenvektor als eine `Series` angesehen und es werden $n$ Kurven geplottet: 
+
+
+```julia
+
+plot(x, [sin.(x) cos.(x) sqrt.(x)])
+```
+
+
+- Durch eine `layout`-Angabe kann man die einzelnen `series` auch in einzelnen Subplots 
+unterbringen.
+- Man kann `layouts` auch schachteln und explizite Breiten/Höhenangaben verwenden.
+
+
+```julia
+theme(:dark)
+
+la1 = @layout [
+        a{0.3w} [ b
+                  c{0.2h}  ]
+    ]
+
+plot(x, [sin.(x) cos.(x) sqrt.(x)] , layout = la1)
+```
+
+## Plot-Attribute
+
+`Plots.jl` teilt die Attribute in 4 Gruppen ein:
+
+
+```julia
+plotattr(:Plot)  # Attribute für den Gesamtplot
+```
+
+
+```julia
+plotattr(:Subplot) # Attribute für einen Teilplot
+```
+
+
+```julia
+plotattr(:Axis)  # Attribute für eine Achse
+```
+
+
+```julia
+plotattr(:Series) # Attribute für eine Serie, also zB ein Linienzug im Plot
+```
+
+
+```julia
+# Zur Erinnerung nochmal:
+
+using Plots
+using Plots.PlotMeasures   # für Angaben in mm, cm,...
+using LaTeXStrings         # für LaTeX-Konstrukte in Plot-Beschriftungen
+using PlotThemes           # vorgefertigte Themen
+```
+
+
+```julia
+xs = range(0, 2π, length = 100)
+
+data = [sin.(xs) cos.(xs) 2sin.(xs) (x->sin(x^2)).(xs)]
+
+pl10 = plot(xs, data,
+           fontfamily="Computer Modern",
+    
+           # LaTeX-String L""  ist im Math-mode  
+           title = L"\textrm{Winkelfunktionen}\ \sin(\alpha), \cos(\alpha), 2\sin(\alpha), \sin(\alpha^2)",
+           xlabel = L"\textrm{ Winkel\ } \alpha",
+           ylabel = L"\textrm{Funktionswert}", 
+    
+           # 1x4-Matrizen mit Farben, Marker,...  für die 4 'Series' 
+           color=[:black :green RGB(0.3, 0.8, 0.2) :blue ],
+           markers = [:rect :circle :utriangle :diamond],
+           markersize = [3 3 0 6],
+           linewidth = [1 3 1 5],
+           linestyle = [:solid :dash :dot :solid ],
+           
+           # Achsen
+           xlim = (0, 6.6),
+           ylim = (-2, 2.3),
+           yticks = -2:.4:2.3,
+           
+           legend = :bottomleft,
+           label = [ L"\sin(\alpha)" "cos" "2sin" L"\sin(\alpha^2)"],
+    
+           top_margin = 5mm,
+)
+
+# Zusatzelement
+
+annotate!(pl10, 4.1, 1.8, text("nicht schön, aber viel",10))
+
+```
+
+### Säulendiagramm
+
+
+
+```julia
+using RDatasets
+```
+
+Inhalt:  über 700 freie (_"public domain"_) Datensätze, darunter z.B:
+
+ - Passagierliste der _Titanic_ 
+ - Verbrauchsdaten amerikanischer Autos aus den 70ern 
+ - historische Währungskurse
+
+ 
+
+
+```julia
+RDatasets.datasets()
+```
+
+
+```julia
+cars = dataset("datasets", "mtcars")
+```
+
+
+```julia
+theme(:bright)
+
+bar(cars.Model, cars.MPG,
+           label = "Miles/Gallon",
+           title = "Models and Miles/Gallon",
+           xticks =:all,
+           xrotation = 45,
+           size = [600, 400],
+           legend =:topleft,
+           bottom_margin = 10mm
+   )
+
+```
+
+
+```julia
+
+```