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用于在物理报告中表示收集到的数据的包？

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用于在物理报告中表示收集到的数据的包？

我是一名物理学本科生，去年我开始使用 LaTeX 撰写报告。

在每次练习中，我都会在 Excel 中收集大量数据，通常需要将其表示出来（可能是为了使用最小二乘法计算某些东西，也可能只是为了将其可视化）。我喜欢 Excel 图表和表格格式，但我想将其集成到我的 LaTeX 代码中（而不是将其导入为 PDF）。

哪些软件包/工具具有这样的功能？（它不一定必须与 Excel 集成，我可以将我的数据导出为 CSV 或其他格式）。

答案1

我向物理专业的学生推荐以下套件。

对于编写问题解决方案，我谦虚地推荐曼迪包，由我编写并维护。它由三个包组成。第一个包，mandi仅通过使用量的名称，就可以用正确的单位排版物理量。标量和矢量量都受支持，SI 基本单位和派生单位以及 SI 中可能不使用的替代单位也受支持。（请注意，mandi目前与不兼容，siunitx因为这两个包定义了多个具有相同名称的命令。）第二个包mandistudent，除其他外，还提供问题和解决方案环境以及对程序列表的支持，重点是Web 虚拟 Python（又名 GlowScript）和虚拟Python第三个，mandiexp提供 Chabay 和 Sherwood 的排版表达式的宏物质与互动但当然也可以不使用特定的文本。我已经使用这些材料近十年了。

对于现场进行数值计算，比如在你的书面解决方案中，我建议数值包。它先解析并预处理LaTeX格式的方程式，然后再将其传递给浮点处理器进行评估。

许多人使用其他工具来绘制图表，但我更喜欢pfgplots在我的文档中使用和执行它们，因为我喜欢尽可能少的文件。

由于您是物理学专业的学生，​​因此这里有一张狭义相对论中洛伦兹因子与速度（以光速为单位）的关系图。 提供了许多参数和设置，pgfplots我鼓励您使用源代码中一些注释掉的行来尝试它们。请注意，我鼓励您使用引擎LuaLaTeX。

% !TEX program = lualatexmk
% !TEX encoding = UTF-8 Unicode

\documentclass[border=0pt]{standalone}
\usepackage{pgfplots}
\pgfplotsset{compat=newest}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}
  \begin{axis}[%
      declare function = {%
        gamma(\x) = 1/sqrt(1-\x^2);%
        %myx = 0.866;% pick a particular value
        myx = 0.986013;% pick a particular value
      },%
      title style={font=\sffamily},%
        title=Lorentz Factor vs. Speed,%
      label style={font=\sffamily},%
        %xlabel style={font=\sffamily},%
        %ylabel style={font=\sffamily},%
        xlabel=speed \(\frac{v}{c}\),%
        ylabel={Lorentz factor \( \gamma \)},%
        %ylabel style={align=center},ylabel={Lorentz\\ factor \( \gamma \)},%
      tick label style={%
        font=\scriptsize,%
        /pgf/number format/precision=1,%
        /pgf/number format/fixed,%
        /pgf/number format/fixed zerofill,%
      },%
        %xticklabel style={%
        %  /pgf/number format/precision=3,
        %  /pgf/number format/fixed,
        %  /pgf/number format/fixed zerofill,
        %},%
        %yticklabel style={%
        %  /pgf/number format/precision=3,
        %  /pgf/number format/fixed,
        %  /pgf/number format/fixed zerofill,
        %},%
        %xticklabel style={font=\tiny},%
        %yticklabel style={font=\tiny},%
      xtick={0,0.2,...,1},%
      ytick={1,2,...,10},%
        extra x ticks={myx},%
        extra tick style={%
          tick label style={%
            font=\tiny,%
            /pgf/number format/precision=3,%
            /pgf/number format/fixed,%
            /pgf/number format/fixed zerofill,%
            color=red,%
          },%
          xticklabel shift={8pt},%
          yticklabel shift={12pt},%
        },%
        %extra x tick style={%
          %every tick label/.style={font=\tiny},%
          %/pgf/number format/precision=3,%
          %/pgf/number format/fixed,%
          %/pgf/number format/fixed zerofill,%
          %xticklabel shift={8pt},%
        %},%
        extra y ticks={gamma(myx)},%
        extra y tick style={%
        tick label style={rotate=90},%
        %  every tick label/.style={font=\tiny},%
        %  /pgf/number format/precision=3,%
        %  /pgf/number format/fixed,%
        %  /pgf/number format/fixed zerofill,%
        %  yticklabel shift={25pt},%
        },%
      xmin=0,%
      xmax=1.05,%
      ymin=0,%
      ymax=10,%
      %domain=0:0.999, samples=200,% this affects actual plotting
    ]%
    %-- main plot
    %\addplot[blue, very thin, smooth] {1/sqrt(1-x^2)};
    \addplot[blue, very thin, smooth, domain=0:0.999, samples=200] {gamma(x)};
    \addplot[blue, mark=*, mark size=0.5pt] ({myx},{gamma(myx)});
    %-- vertical asymptote
    \draw[red, very thin, densely dashed] (1,0) -- (1,\pgfkeysvalueof{/pgfplots/ymax});
    %-- horizontal asymptote
    %\draw[red, very thin, densely dashed] (0,1) -- (\pgfkeysvalueof{/pgfplots/xmax},1);
    %-- particular value
    %\draw[red, very thin] (0,2.294) -- (0.9,2.294);
    %\draw[red, very thin] (0.9,0) -- (0.9,2.294);
    \draw[red, very thin] (0,{gamma(myx)}) -- (myx,{gamma(myx)});
    \draw[red, very thin] (myx,0) -- (myx,{gamma(myx)});
  \end{axis}
\end{tikzpicture}
\end{document}

相对论洛伦兹因子与速度的关系图

这里是另一个例子，展示如何绘制一个函数（在本例中为二次函数）和一条切线，你可以通过改变一个变量来选择一点，如上面的洛伦兹因子图所示。

% !TEX program = lualatexmk
% !TEX encoding = UTF-8 Unicode

\documentclass[border=0pt]{standalone}
\usepackage{pgfplots}
\pgfplotsset{compat=newest}

\begin{document}
\begin{tikzpicture}
  \begin{axis}[%
      declare function = {%
        f(\x) = \x^2; % function
        df(\x) = 2*\x;% derivative
        myx = 2.5;    % pick a particular value
        dx = 0.001;   % increment
      },%
      title style={font=\sffamily},%
        title=A Quadratic Function,%
      label style={font=\sffamily},%
      axis lines=left,%
        xlabel={\( x \)},%
        ylabel={\( f(x) \)},%
      tick label style={%
        font=\scriptsize,%
        /pgf/number format/precision=1,%
        /pgf/number format/fixed,%
        /pgf/number format/fixed zerofill,%
      },%
      xtick={-5,-4,...,5},%
      ytick={0,2,...,20},%
      xmin=-5, xmax=5.5,%
      ymin=0,  ymax=20.5,%
      extra x ticks={myx},%
      extra y ticks={f(myx)},%
      extra tick style={%
        tick style=red,%
        tick label style={%
          font=\tiny,%
          color=red,%
          /pgf/number format/precision=3,%
          /pgf/number format/fixed,%
          /pgf/number format/fixed zerofill,%
        },%
        xticklabel shift={8pt},%
        yticklabel shift={16pt},%
      },%
      extra y tick style={%
        tick label style={rotate=90},%
      },%
    ]%
    %-- main plot
    \addplot[blue, very thin, smooth, domain=-5:5, samples=100] {f(x)};
    \addplot[blue, mark=*, mark size=0.5pt] ({myx},{f(myx)});
    %-- particular value
    \draw[red, very thin] (-5,{f(myx)}) -- (myx,{f(myx)});
    \draw[red, very thin] (myx,0) -- (myx,{f(myx)});
    %-- tangent line
    \draw[green, thick, shorten >=-1cm, shorten <=-1cm] ({myx-dx},{f(myx-dx)}) -- ({myx+dx},{f(myx+dx)});
  \end{axis}
\end{tikzpicture}
\end{document}

二次函数及其在某一点的切线的图。

最后，这是在文档中包含图表的一个例子。第一个是在原地创建的，第二个是单独创建的并作为图形导入的。该图是上面的 Lorentz 因子图。对于这个例子，它被简单命名plot.pdf并位于与文档相同的文件夹中。

% !TEX program = lualatexmk
% !TEX encoding = UTF-8 Unicode

\documentclass{article}
\usepackage{float}
\usepackage{pgfplots}
\pgfplotsset{compat=newest}

\begin{document}
Let's create a plot of the Lorentz factor as a function of speed.
Let's begin by creating the plot in situ.
\begin{figure}[H]
\centering
\begin{tikzpicture}
  \begin{axis}[%
      declare function = {%
        gamma(\x) = 1/sqrt(1-\x^2);%
        %myx = 0.866;% pick a particular value
        myx = 0.986013;% pick a particular value
      },%
      title style={font=\sffamily},%
        title=Lorentz Factor vs. Speed,%
      label style={font=\sffamily},%
        %xlabel style={font=\sffamily},%
        %ylabel style={font=\sffamily},%
        xlabel=speed \(\frac{v}{c}\),%
        ylabel={Lorentz factor \( \gamma \)},%
        %ylabel style={align=center},ylabel={Lorentz\\ factor \( \gamma \)},%
      tick label style={%
        font=\scriptsize,%
        /pgf/number format/precision=1,%
        /pgf/number format/fixed,%
        /pgf/number format/fixed zerofill,%
      },%
        %xticklabel style={%
        %  /pgf/number format/precision=3,
        %  /pgf/number format/fixed,
        %  /pgf/number format/fixed zerofill,
        %},%
        %yticklabel style={%
        %  /pgf/number format/precision=3,
        %  /pgf/number format/fixed,
        %  /pgf/number format/fixed zerofill,
        %},%
        %xticklabel style={font=\tiny},%
        %yticklabel style={font=\tiny},%
      xtick={0,0.2,...,1},%
      ytick={1,2,...,10},%
        extra x ticks={myx},%
        extra tick style={%
          tick label style={%
            font=\tiny,%
            /pgf/number format/precision=3,%
            /pgf/number format/fixed,%
            /pgf/number format/fixed zerofill,%
            color=red,%
          },%
          xticklabel shift={8pt},%
          yticklabel shift={12pt},%
        },%
        %extra x tick style={%
          %every tick label/.style={font=\tiny},%
          %/pgf/number format/precision=3,%
          %/pgf/number format/fixed,%
          %/pgf/number format/fixed zerofill,%
          %xticklabel shift={8pt},%
        %},%
        extra y ticks={gamma(myx)},%
        extra y tick style={%
        tick label style={rotate=90},%
        %  every tick label/.style={font=\tiny},%
        %  /pgf/number format/precision=3,%
        %  /pgf/number format/fixed,%
        %  /pgf/number format/fixed zerofill,%
        %  yticklabel shift={25pt},%
        },%
      xmin=0,%
      xmax=1.05,%
      ymin=0,%
      ymax=10,%
      %domain=0:0.999, samples=200,% this affects actual plotting
    ]%
    %-- main plot
    %\addplot[blue, very thin, smooth] {1/sqrt(1-x^2)};
    \addplot[blue, very thin, smooth, domain=0:0.999, samples=200] {gamma(x)};
    \addplot[blue, mark=*, mark size=0.5pt] ({myx},{gamma(myx)});
    %-- vertical asymptote
    \draw[red, very thin, densely dashed] (1,0) -- (1,\pgfkeysvalueof{/pgfplots/ymax});
    %-- horizontal asymptote
    %\draw[red, very thin, densely dashed] (0,1) -- (\pgfkeysvalueof{/pgfplots/xmax},1);
    %-- particular value
    %\draw[red, very thin] (0,2.294) -- (0.9,2.294);
    %\draw[red, very thin] (0.9,0) -- (0.9,2.294);
    \draw[red, very thin] (0,{gamma(myx)}) -- (myx,{gamma(myx)});
    \draw[red, very thin] (myx,0) -- (myx,{gamma(myx)});
  \end{axis}
\end{tikzpicture}
\caption{Plot of Lorentz factor as a function of speed..}
\label{plot:1}
\end{figure}

Figure \ref{plot:1} is a great graph. Notice the asymptotic behavior as speed 
approaches \(1\) (light's speed).

\newpage
Now let's import the graph from a file. Figure \ref{plot:2} was created externally and 
imported as an image.
\begin{figure}[H]
  \centering
  \includegraphics{plot.pdf}
  \caption{Plot of Lorentz factor as a function of speed.}
\label{plot:2}
\end{figure}
As you can see, the two plots are identical. 
\end{document}

输出有两页。

输出的第一页。

输出的第二页。

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