化学软件基础第2章 第1讲Origin.docx
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化学软件基础第2章第1讲Origin
化学软件基础
第二章
第一节Origin作图软件
卞希慧,郭都
2014年9月27号
一:
Origin简介
1.Origin软件简介
Origin是国际科技出版界公认的标准作图软件,科学和工程研究人员的必备软件之一。
Origin最初是一个专门为微型热量计设计的软件工具,是由MicroCal公司开发的,主要用来将仪器采集到的数据作图,进行线性拟合以及各种参数计算。
经常进行大量数据处理及科学绘图的人员使用。
1992年,Microcal软件公司正式公开发布Origin,公司后来改名为OriginLab。
Origin是由OriginLab公司开发的一个功能不同寻常的科学绘图、数据分析软件,支持在MicrosoftWindows下运行。
Origin支持各种各样的2D/3D图形。
Origin中的数据分析功能包括统计,信号处理,曲线拟合以及峰值分析。
Origin中的曲线拟合是采用基于Levernberg-Marquardt算法(LMA)的非线性最小二乘法拟合。
Origin强大的数据导入功能,支持多种格式的数据,包括ASCII,Excel,NITDM,DIADem,NetCDF,SPC等。
图形输出格式多样,例如JPEG,GIF,EPS,TIFF等。
内置的查询工具可通过ADO访问数据库数据。
最新版本为V8.5Pro。
2.Origin软件的特点
1)数据导入
Origin数据导入和管理功能大为增强,可以导入包括ASCII、Excel、pClamp在内的多种数据,也可以导入其他科研软件生成的文件如Matlab(mat)、Sigmaplot(JNB)、MiniTab(MTW)等,甚至可以导入wav音频文件。
2)数据分析
Origin也具有完善的数据分析功能,主要包括曲线拟合、统计、信号处理、图像处理、峰值分析和光谱处理等。
只需选择所要分析的数据,然后再选择相应的菜单命令即可,数据处理的参数设置也比较详细。
可选择数据范围;可进行线性、多项式和多重拟合;可进行快速FFT变换、相关性分析、FFT过滤、峰找寻和拟合;利用约200个内建的以及自定义的函数模型进行曲线拟合,并可对拟合过程进行控制;可进行统计、数学以及微积分计算。
动态用户界面:
计划组织;用计划管理器组织计划,对选择的窗口批处理。
3)工作表
可支持多种数据格式输入,对数据量没有限制(受限于计算机内存容量大小),支持各种数据类型,并可进行数据转换等工作。
主要特性包括:
多表支持,多表头支持(多行表头,包括加长的列标题等),单元格的RTF支持(因此可以有复杂的格式如图形、Sparklines功能、变量等),数据汇总,表格对象编程等。
4)图形
图形组织;对页和数据组完整的界面,动态预览符号;创建图形;单击鼠标进入2D、3D图形模式;编排页面显示多个图形和工作表格;极快的图形绘制;多种式样2D图形;2D等高线图;多种式样3D图形;可独立设置页、轴、标记、符号、线等的颜色;多种线型可供选用;多种统计图;超过100个内置的符号可供选择;可调整数据标记(颜色、字体等);可选择多种坐标轴类型(线性、对数等)、坐标轴刻度及轴的显示;选择不同的记号;用绘图工具绘制简单图形;每页可显示多达50个(层)XY坐标轴;可输出为各种图形文件或以对象形式拷贝至剪贴板。
界面友善、直观;操作简单,易学易用。
3.Origin工作界面(Workspace)
Origin像Word、Excel等一样,是一个多文档界面MDI应用程序。
在程序内部可以打开多个窗口。
所有窗口都保存在同一个Project文件中,用户每次只能打开一个Project。
在保存Project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,以便别的Project调用。
从图中可以看到,Origin的工作界面包括下列几部分:
●标题栏:
在窗口的顶部是Origin7.0的标题栏,显示当前文件的名称及路径。
●菜单栏:
标题栏下面是菜单栏。
菜单栏中的每个菜单项还包括许多菜单子项,通过这些菜单命令可以实现几乎所有Origin7.0的功能。
菜单栏的结构与当前窗口的操作对象有关,取决于当前的活动窗口。
当前窗口为工作表窗口、绘图窗口或矩阵窗口时,主菜单及其各子菜单的内容并不完全相同。
●工具栏:
接下来的是工具栏。
Origin7.0提供了分类合理、功能强大、使用方便的多种工具条。
这些工具是Origin7.0常用命令的总汇,大部分工具可以在菜单栏中找到对应的命令。
●工作区:
窗口的中间部分是工作区,Project文件的所有Worksheet、Graph、Matrix等子窗口的工作都是在这里完成的。
●ProjectExplorer:
窗口的下面是ProjectExplorer,类似于Windows中的资源管理器,以树形形式显示出Project文件各部分名称以及他们之间的相互关系。
●状态栏:
窗口的最下面是状态栏,为用户标出当前的工作内容以及对象的相关情况。
5)Origin工作界面-子窗口
Origin一共有7种类型的子窗口,主要的子窗口分别是
●TheWorksheetWindow工作表窗口
●TheExcelWorkbookWindowExcel工作表窗口
●TheGraphWindow图形窗口
●TheFunctionGraphWindow函数图形窗口
●TheLayoutPageWindow版面编排窗口
一个工程文件中各子窗口相互关联,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。
每一子窗口都有自己的菜单系统,只有当该种类的子窗口处在活动状态时,相关的菜单和菜单项目才会出现。
6)Origin工作界面-菜单栏
Origin7.0的菜单栏的结构与当前窗口的操作对象有关,取决于当前的活动窗口。
当前窗口为工作表窗口、绘图窗口、矩阵窗口、Excel窗口、图层窗口或者注释窗口时,主菜单及其各子菜单的内容并不完全相当。
当前窗口为Excel窗口时,菜单栏同时显示Excel和Origin的菜单,其中File\plot\window为Origin菜单,其他为Excel菜单。
各菜单的简要说明如下:
注意的是在Origin中出现失误操作,只能撤销1次操作,所以,一定要小心操作。
●File:
文件功能操作;打开文件、输入输出数据图形等。
●Edit:
编辑功能操作;包括数据和图像的编辑等,比如复制粘贴清除等,特别注意undo功能。
●View:
执行视图功能操作;控制屏幕显示。
●Plot:
执行绘图功能操作;主要提供5类功能:
Ø几种样式的二维绘图功能,包括直线、描点、直线加符号、特殊线/符号、条形图、柱形图、特殊条形图/柱形图和饼图。
Ø三维绘图。
Ø气泡/彩色映射图、统计图和图形版面布局。
Ø特种绘图,包括面积图、极坐标图和向量。
Ø膜板:
把选中的工作表数据到如绘图模板。
●Column:
执行列功能操作;比如设置列的属性,增加删除列等。
●Graph:
执行Graph功能操作;主要功能包括增加误差栏、函数图、缩放坐标轴、交换X、Y轴等。
●Data:
执行数据功能操作;
●Analysis分析功能操作;
Ø对工作表窗口:
提取工作表数据;行列统计;排序;数字信号处理(快速傅里叶变换FFT、相关Corelate、卷积Convolute、解卷Deconvolute);统计功能(T-检验)、方差分析(ANOAV)、多元回归(MultipleRegression);非线性曲线拟合等。
Ø对绘图窗口:
数学运算;平滑滤波;图形变换;FFT;线性多项式、非线性曲线等各种拟合方法。
●Tool:
执行工具功能操作;
Ø对工作表窗口:
选项控制;工作表脚本;线性、多项式和S曲线拟合。
Ø对绘图窗口:
选项控制;层控制;提取峰值;基线和平滑;线性、多项式和S曲线拟合。
●Format:
执行格式功能操作;
Ø对工作表窗口:
菜单格式控制、工作表显示控制,栅格捕捉、调色板等。
Ø对绘图窗口:
菜单格式控制;图形页面、图层和线条样式控制,栅格捕捉,坐标轴样式控制和调色板等。
●Statistics:
执行统计功能操作;
●Window:
执行窗口功能操作;
●Help:
执行帮助功能操作。
7)Origin工作界面-工具栏
工具栏包含了经常使用的菜单命令的快捷按钮,
通过选择菜单View|Toolsbars控制工具栏的显示与隐藏。
●基本组
ØStandard工具栏:
提供新建、打开、保存、导入数据、打印等按钮
●格式化组
ØEdit工具栏:
提供剪切、复制和粘贴等编辑按钮
ØFormat工具栏:
提供字体类型、上下标、放大、缩小等
ØStyle工具栏:
提供图形的填充颜色和线条格式等
●数据表组
ØColumn工具栏:
提供了可视化变量设置和列的移动等按钮
ØWorksheetData工具栏:
提供对行/列数据统计、排序、设置列值等
●作图组
ØGraph工具栏:
提供缩放、曲线和图层操作、图例、时间等按钮
Ø2DGraphs工具栏:
提供2D普通制图模板,包括直线、散点,饼图等
Ø2DGraphsExtended工具栏:
提供了样条连接、条形图等2D制图模板
Ø3DGraphs工具栏:
提供了各种三维表面图和等高线图模板的按钮
Ø3DRotate工具栏:
提供了以不同方式旋转视图的按钮
ØMask工具栏:
提供了屏蔽数据点、数据范围、解除屏蔽等工具
●图形对象组
ØTools工具栏:
提供了添加文本、注释、线条、箭头、放大等按钮
ØArrow工具栏:
设置线或箭头形状的
ØObjectEdit工具栏:
提供了设置图片对齐方式、统一高度/宽度等功能
ØLayout工具栏:
可以往layout窗口中添加Graph或Worksheet
4.Origin四种基本操作方法
1)使用菜单中的相应命令
2)使用工具按钮
3)右击鼠标,在弹出的快捷菜单中选相应命令
4)选定对象后双击,打开对话框
5)注:
对象不同,右键菜单和对话框不同,有些对象并不是显性的,如整个图形窗口是一种对象。
作图的一般需要一个项目Project来完成:
File→New保存项目的缺省后缀为:
OPJ
自动备份功能:
Tools→Option→Open/Close选项卡→“BackupProjectBeforeSaving”
添加项目:
File→Append
刷新子窗口:
如果修改了工作表或者绘图子窗口的内容,一般会自动刷新
5.Origin文件的保存
●Saveaproject保存项目
●Saveachildwindowseparatelyasafile单独将子窗口作为一个文件保存
●Saveatemplateasafile保存为模板文件
6.Origin文件类型及文件扩展名
各子窗口可以单独保存为窗口文件,但其文件的扩展名不同:
文件类型
文件扩展名
说明
项目文件
opj
存放该项目中所有可见和隐藏的子窗口文件
子窗口文件
ogw
多工件表工作簿窗口
ogg
绘图窗口
ogm
多工作表矩阵窗口
txt
记事本窗口
Excel工作簿
xls
嵌入Origin中的Excel工作簿
模板文件
otw
多工件表工作簿模板
二:
Origin工作表
1.Origin工作表简介
一个Origin工作簿可以包含1-121个工作表,其工作表可以重新排列、重新命名、添加、删除和移植到其他工作簿中去。
每个工作表可以存放1000000行和10000列的数据。
新建一个Origin项目时会同时打开一个带“Sheet1”工作表的“Book1”工作簿。
●工作表由垂直的列和水平的行组成
●列与行的交叉处称为单元格
●每个单元格内可包含数、文本、日期、时间等
●一个Origin项目中可以包含多个工作表
2.数据文件的建立方法
1)Enteringdatausingthekeyboard.键盘输入
2)Importingafile.导入文件
3)PastingdatafromanotherapplicationusingtheClipboard.从另外一个应用程序中粘贴数据
4)Pastingdatafromanother(orthesame)OriginworksheetusingtheClipboard.从另外一个origin表中粘贴数据
5)UsingExcelWorkbookWindow.Excel工作表
6)Usingafunctiontosetcolumnvalues.用函数设置列的值
3.数据的编辑修改
1)数据的修改
Ø点击该单元格,输入新的值
2)在列中插入数据
Ø选定拟插入新单元格下方的单元格
Ø执行编辑菜单中的插入命令(Edit:
Insert)
Ø新单元格将插在所选定单元格的上方
3)删除数据
Ø删除整个工作表中的内容Edit:
ClearWorksheet
Ø删除单元格或单元格区域中的内容,格子保留Edit:
Clear
Ø内容和单元格同时删除Edit:
Delete
4.列的插入、删除和重排
1)增加列
Column:
AddNewColumns.
AddNewColumnsbutton
Right-click,SelectAddNewColumn
2)插入列
Edit:
Insert
Right-click→selectInsert
3)删除列
Edit:
Delete
Right-click→selectDelete
Edit:
Clear(保留列)
4)移动列
Column:
MovetoFirst.
Column:
MovetoLast.
5.列的插入、删除和重排
1)插入行
selectEdit:
Insert
right-clickandselectInsert
2)删除行
Edit:
Delete
right-clickandselectDelete.
3)行、列转换
选择菜单命令[Worksheet]→[Transpose]可实现行、列转换。
6.工作表的重命名与删除
1)工作表的重命名
在工程管理器中点击工作表图标,按右键,选择rename
2)工作表的删除
点击工作表右上方的关闭窗口按扭
在工程管理器中右击工作表图标,在快捷菜单中选DeleteWindow
在工程管理器中点击工作表图标,按Delete键
三:
Origin绘图
数据曲线图主要包括二维和三维图。
在科技文章和论文中,数据曲线图绝大部分采用二维坐标绘制。
据统计,在科技文章和论文中,数据二维曲线图占总的数据图的90%以上。
Origin的绘图功能十分强大,能绘制出数十种精美的二维数据曲线图。
1.投稿对Origin图片格式的要求
很多期刊要求高质量图片的,点线图一般要求600dpi以上。
平时很多情况都是把Origin的图直接用复制粘帖过去,像素很低。
要转成高质量图片,请看下面的过程。
1)file菜单里面点exportpage
2)选择保存类型.tif,勾上showexportoptions
3)第一个框是选择像素origin7.0最高支持可选的是600dpi,如果是只要黑白图,第三个选monochrome,compression先不需要再点击OK就生成了我们想要的TIF文件。
4)但是现在这个文件占空间很大,有4M多,上传时候会非常不方便,而且实际像素不够。
所以下面用PS来修改,PS打开这个TIF文件。
5)在图像菜单里面选图像大小,这里我们可以进一步修改分辨率和大小
6)这里可以修改分辨率,我这里改成了1200dpi。
宽度按杂志要求。
一般小图可以选3.5英寸宽,大图7英寸宽。
设置完毕后点好。
7)在文件菜单里选存储为。
8)直接覆盖掉源文件,点保存。
9)这一步很重要,一定记得选上LZW压缩,能大大减小图片文件大小,但是像素不损失。
最后点好就完成整个过程了,放在文章里相当清晰。
到这里就大功告成了。
10)如果是要输出彩色的话,选择输出时colordepth里面按需要选择,一般选择16colors要质量更好一点的话,Colorspace选CMYK模式,colordepth选turecolor。
2.Origin图形的生成及美化
1)单线图
法一:
将表中的数据通过直接输入,或复制粘贴导入到Origin8.0的数据表格中。
点击Origin8.0上面第一行中的“Plot”菜单,在其下拉式菜单中选择曲线形式,一般选者“Line+Symbol”,它将实验数据用直线分别连接起来,并在每一个数据点上有一个特殊的记号。
在弹出的对话框中选择将A列数据作为横坐标,将B列数据作为纵坐标,鼠标分别在对应位置点击后,系统会显示已选中标记即打勾。
点击OK,系统就会绘制出图。
对图进行修改设置,以其符合不同图形标准的要求。
法二:
将要绘制的所有数据列选中,点击图标“
”。
2)多线图
法一:
选中将要绘制的所有数据列(注意第一列必须是公用横坐标,其他数据列为纵坐标),点击图标“
”得到,多线图。
法二:
双击右上角的灰色图层标志“
”,弹出图层1的对话框,选中要加入数据列的名称,点击倒入箭头。
法三:
选中菜单中的“Graph”,在其下拉式采单中选择“AddPlottoLayer”,再在其下面选择“Line+Symbol”系统会弹出窗口,将要添加的数据列选中为Y坐标即纵坐标,点击“Add”,再点击单击“OK”。
3)图像的美化
Ø绘制圆滑线
如果需要将实验点圆滑地连接起来,输入完数据后,点击“Plot”菜单,在其下拉式菜单中点击“Line”,选择“Spline”,以后操作同上,就可以将实验数据圆滑地连接起来。
Ø注释再生
有时侯,在操作过程中会删除某些线条的注释或系统没有生成注释,这时可以通过点击“Graph”菜单,在其下拉式菜单中选择“NewLegend”或按下“Ctrl+L”即可。
Ø黑框消除
将鼠标移到黑框处点击鼠标,选中黑框后点击鼠标右键,系统弹出图7-27所示的下拉菜单,点击“Properties”,在左上角的背景(Background)中悬着“WhiteOut”即可将黑框消除。
Ø图形复制
如果要将Origin中的图复制到Word文档中去的话,只要激活该图,按下“Ctrl+C”,在Word文档中再按下“Ctrl+V”即可。
可以点击“Edit”,在其下拉式菜单中点击“CopyPage”,在Word文档中点击粘贴即可。
或者按下键盘右上角的“PrintScreen”,在Word文档中点击粘贴或按下“Ctrl+V”,并对通过屏幕复制所得的图形进行裁剪即可。
3.多图层的制作
图层是Origin中的一个重要概念,一个Graph窗口允许有多个图层,可以高效的创建和管理多条曲线和图形对象。
Graph窗口至少包含一个Layer,图层可以在页面中独立地移动或更改其大小。
每个图层至少包含三个要素:
坐标轴、数据制图和与之相联系的文本或图例,这些要素可以显示或隐藏。
如果Graph窗口包含多个图层,对窗口的操作只能针对某个激活的图层,并且只能有一个激活的图层。
1)多图
Origin提供常用的多层图模板,这些多图层模板包括双Y轴图形模板、左右对开图形模板、上下对开图形模板、四屏图形模板、九屏图形模板和叠层图形模板。
在了解了图层概念和对Origin提供的常用多层图模板熟悉后,就可以发现用图层模板进行绘图是多么的方便和轻松。
这些模板使你能够在选择数据以后,只需单击“2DGraphsExtended”工具栏上相应的命令按钮,就可以在一个绘图窗口中把数据绘制为所要求的多层图。
a)双Y轴模板主要适用于实验数据中自变量数据相同,但有两个因变量的情况
b)左右对开图形模板主要适用于实验数据为两组不同自变量与因变量数据,但又需要将他们绘在一张图中的情况
c)上下对开图形模板和左右对开图形模板对实验数据的要求及图像外观都是类似的,区别仅仅在于前者的图层是左右对开排列方式,后者的图层是上下对开排列方式。
d)四屏图形模板适用于数据中包括四组相关数列,而且他们之间有没有公用的数列。
九屏同理。
e)叠层图形模板的图层由低到高叠放,叠层数取决于工作表中选中的Y属性数列,即图层数取决于Y属性数列。
工作表最左边的Y属性列会在图层1,其余Y属性列依次叠放,且其他图层的数据与图层1中的X坐标轴关联,Y坐标轴名称与其在工作表中Y列的名称一致。
2)母子图
(1)单击“tools”工具栏的“Enlarge”按钮;
(2)在想要放大的数据周围按下鼠标左键并拖动,选择数据区,画出一格举行框;
(3)释放鼠标,完成放大操作
(4)双击“Enlarge”按钮还原。
3)并图
Graph——MergeGraphtWindows——Merge栏选择Speicified——根据需要选择图层及顺序——OK——调整坐标轴
4.Origin双坐标图的制作
方法1:
在数据表中同时选定绘图所需数据,然后点击双横纵坐标图形工具。
方法2:
在单坐标图上通过加层(Layer)的方法添加横坐标和(或)纵坐标。
四:
Origin数据拟合
1.数据拟合知识介绍
Origin为用户的数据拟合提供了多种方法。
这些方法能够改变其速度和复杂性,以便用户选择最佳方法。
Origin的“Analysis”菜单下,有线性回归、多项式拟合、指数拟合以及S曲线拟合等菜单命令,直接可以使用这些命令进行回归和拟合。
采菜单拟合时,必须使要拟合的数据被集火,而后勇“Analysis”菜单下选择相应拟合类型进行拟合。
大多数拟合勇菜单命令拟合不需要输入参数,拟合将自动完成。
有些拟合可能要求输入参数,但是也能根据拟合数据给出默认值进行拟合。
因此,这些拟合方法比较适合于初学者。
拟合完成后,拟合曲线存放在图形窗口里,回归参数结果存放在结果记录(ResultsLog)窗口。
欠拟合:
如果数据本身呈现二次型,故用一条二次曲线拟合会更好。
但普通的PLS程序只提供线性方程供拟合之用。
这就产生拟合不足即“欠拟合”现象,从而在预报时要造成偏差。
如果我们用人工神经网络拟合,则因为三层人工神经网络拟合能力极强,有能力拟合任何函数。
如果拟合彻底,就会连实验数据点分布不均匀,实验数据的误差等等“噪声”都按最小二乘判据拟合进数学模型。
过拟合:
(1)简单理解就是训练样本的得到的输出和期望输出基本一致,但是测试样本输出和测试样本的期望输出相差却很大。
(2)为了得到一致假设而使假设变得过度复杂称为过拟合。
想像某种学习算法产生了一个过拟合的分类器,这个分类器能够百分之百的正确分类样本数据(即再拿样本中的文档来给它,它绝对不会分错),但也就为了能够对样本完全正确的分类,使得它的构造如此精细复杂,规则如此严格,以至于任何与样本数据稍有不同的文档它全都认为不属于这个类别。
数据拟合评价标准
相关系数:
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