Tikz作图教程：pgfplots宏包—三维数据散点图，完美重构文献美图

三组散点实验数据，彼此相差不大，如何对比它们的差异呢？我们来看一幅来自文献的图：

作者别处心裁地将它们画在三维空间的三个平行的平面上，每个平面设置了三种不透明颜色，六条曲线设置不同的颜色、标注，图形下方有图例，看上去赏心悦目。

如何重构这样一幅漂亮的图呢？谭编使用Origin完美重构了此图（见下图）：

今天我们来用LaTex宏包pgfplots（基于Tikz的宏包）来重新绘制这幅图。

1. 输入实验数据，作出初步的图形

\documentclass{standalone}
\usepackage{pgfplots}
\usepackage{pgfplotstable}
\usepgfplotslibrary{colormaps}
\usetikzlibrary{pgfplots.groupplots,matrix
}\pgfplotsset{width=7cm,compat=1.17}\begin{document}\begin{tikzpicture}
\begin{axis}\addplot3[smooth,very thick,red!70!black,mark=triangle*,mark size=4pt] coordinates {(2.8,1000,-3) (2.9,1000,-3.2) (3,1000,-3.5)(3.1,1000,-3.8)(3.2,1000,-4.3)(3.3,1000,-4.9)(3.4,1000,-5.4)};\label{plots:plot1}\addplot3 [smooth,very thick,red!80!black,mark=pentagon,mark size =4pt]coordinates {(2.8,1000,-2.3) (2.9,1000,-2.5) (3,1000,-2.8)(3.1,1000,-3.1)(3.2,1000,-3.6)(3.3,1000,-4.2)(3.4,1000,-4.7)};\label{plots:plot2}\end{axis}\end{tikzpicture}
\end{document}

上面的代码看上去很复杂，其实关键的只有一句：

\addplot3[smooth,very thick,red!70!black,mark=triangle*,mark size=4pt] coordinates {(2.8,1000,-3) (2.9,1000,-3.2) (3,1000,-3.5)(3.1,1000,-3.8)(3.2,1000,-4.3)(3.3,1000,-4.9)(3.4,1000,-5.4)};\label{plots:plot1}

用它来录入数据, 其语法为

\addplot3[图形设置]coordinates {(三维坐标1),(三维坐标2),...(三维坐标n)}

得到的图形为：

看上去挺low，是不是？别急，等下我们在打扮打扮就漂亮了！俗话说得好，“三分长相，七分打扮”嘛！

继续按照上面的方法加入其它两组数据。

2. 增加半透明平面

只需要在每组数据所在的位置画一个平面，设置颜色为半透明即可, 例如红色的平面：

\addplot3 [fill=red!30,draw=red!30,opacity=0.6]coordinates {(2.75,1000,-6.2) (3.45,1000,-6.2) (3.45,1000,-2.2)(2.75,1000,-2.2)(2.75,1000,-6.2)};

得到的图形为：

3. 设置坐标系

我们需要为z轴增加一些刻度，为三个坐标轴增加说明文字，这些只需要在\begin{axis}[]的中括号中加一些键值就可以了：

\begin{axis}[
view={40}{30},
legend cell align=left,
height=15cm,
width=13.5cm,
%xmin=2.8,xmax=3.4,
xtick={2.8,2.9,...,3.4},
zmin=-6.2,zmax=-2.2,
ztick={-6,-5.5,...,-2},
grid=major,
xlabel=$1000\ T^{-1}/K^{-1}$,
ylabel=Molecular weight /g mol $^{-1}$,
zlabel=$\log \sigma / \textup{S}\ \textup{cm}^{-1}$,
label style={sloped},
]

4. 设置图例

我们将图例放在图形正下方，

\matrix[matrix of nodes,anchor=south,draw,inner sep=0.2em,]at(6,-2.5){\ref{plots:plot1}& PGEDA-400 &[10pt]\ref{plots:plot2}& PEGDE-PEGDA-400\\\ref{plots:plot3}  & PGEDA-700&[10pt]\ref{plots:plot4} & PEGDE-PEGDA-700\\\ref{plots:plot5} & PGEDA-1000&[10pt]\ref{plots:plot6} & PEGDE-PEGDA-1000\\};

如果不喜欢图例外面的边框，也可以去掉它。最后得到的图形为：

大家注意比较一下使用pgfplots宏包作出来的图与原来的文献图，我们的优势是图中的文字、公式的字体与LaTeX的字体完全一致，非常和谐！使用pgfplots作出来的图与文章中的文字完美融合，非常好看！

学习Tikz作图虽然有一定难度，但是从效果来说还是值得我们花时间去学习的！

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