科学绘图及数据分析软件Origin的用法.docx

科学绘图及数据分析软件Origin的用法.docx

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科学绘图及数据分析软件Origin的用法

科学绘图及数据分析软件Origin9.0

1.1Origin功能简介

图表是显示和分析复杂数据的理想方式，因此高端图表工具是科学家和工程师们必备的软件。

MicrocalSoftware公司的Origin软件（演示版可以从下载）一直在科学作图和数据处理领域享受较高的声誉，和它的主要竞争对手SPSSScientific公司的SigmaPlot（）和MathSoft公司的Axum相比，它的功能更强大但需要花费更多时间来学习。

在最新发布的Origin7.5中，OriginLab公司对它的易用性进行了大量的改进，并彻底调整了其编程语言战略，从而使该软件在同类产品中脱颖而出。

现流行的Origin版本有5.0、6.0、6.1、7.0和7.5。

Origin包括两大类功能：

数据分析和科学绘图。

Origin的数据分析功能包括：

给出选定数据的各项统计参数平均值（Mean）、标准偏差（StandardDeviation，SD）、标准误差（StandardError，SE）、总和（Sum）以及数据组数N；数据的排序、调整、计算、统计、频谱变换；线性、多项式和多重拟合；快速FFT变换、相关性分析、FFT过滤、峰找寻和拟合；可利用约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。

准备好数据后进行数据分析时，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。

Origin的绘图是基于模板的，Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板。

绘图时，只需选择所要绘图的数据，然后再单击相应的工具栏按钮即可。

二维图形模板有Line、scatter、line＋symbol、Specialline/symbol、area、fillarea，inclusive/exclusiveareafill、bar、stackbar,floatingbar、pie、high-low-close、functiongraphs、column、stackcolumn、floatingcolumn、XYAMvector、XYXYvector、polar、lineseries、timeseries、waterfall、ternarydiagram、doubleYaxis、multi-panelXY。

3D图形模板有XYZscatterwithdroplinesand／orprojections、trajectory、Bar、ribbon、walls、waterfall、Colormapsurfacewithprojectedcontour、wireframe、surfacewithconstantslicesinX/Ydirection、Cubeframe。

二维图形可独立设置页、轴、标记、符号和线的颜色，可选用多种线型。

选择超过100个内置的符号。

调整数据标记（颜色、字体等），选择多种坐标轴类型（线性、对数等）、坐标轴刻度和轴的显示，选择不同的记号，每页可显示多达50个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。

用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板，可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接；可以方便地进行矩阵运算，如转置、求逆等，并通过矩阵窗口直接输出三维图表；可以用C等高级语言编写数据分析程序，还可以用内置的LabTalk语言编程。

MicrocalOrigin象MicrosoftWord、Excel等一样，是一个多文档界面应用程序。

它将用户的所有工作都保存在后缀为OPJ的项目文件（Project）中。

保存项目文件时，各子窗口也随之一起存盘；另外各子窗口也可以单独保存，以便别的项目文件调用。

一个项目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（FunctionGraph）、矩阵窗口（Matrix）和版面设计窗口（LayoutPage）等。

一个项目文件中的各窗口相互关联，可以实现数据实时更新，即如果工作表中的数据被改动之后，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。

Origin7.5系统要求为：

Windows98／Me／NT4.0/2000/XP/2003， InternetExplorer5.0,PentiumIII以上CPU,100MB以上空余硬盘空间，64MB以上内存。

由于Origin的功能强大，本章将重点介绍本软件7.5Pro（专业版）的数据处理及科学绘图的部分，其余的功能可参考软件的说明书或帮助文件自己学习。

1.2Origin使用入门

Origin具有Office的多文档界面，主要包括以下几个部分：

（1）菜单栏（顶部），可以实现大部分功能。

（2）工具栏（菜单栏下面），一般最常用的功能都可以通过此实现。

（3）绘图区（中部），所有工作表、绘图子窗口等都在此。

（4）工程管理器（下部），类似资源管理器，可以方便切换各个窗口等。

（5）状态栏（底部），标出当前的工作内容以及鼠标指到某些菜单按钮时的说明。

Origin的使用主要有两个部分，工作表格（Worksheet）和绘图窗口（PlotWindows）。

使用绘图窗口，可以方便地更改图形的外貌、直观地进行数学分析、拟合。

使用工作表格可以迅速进行大量的数据处理及转换。

绝大多数实验数据的处理可以在Origin上完成，并且其数据处理和绘图可以同时完成。

例1-1：

尿中胆色素经处理后，在550nm处有很强的吸光性，现测得配置好的不同的胆色素浓度的标准溶液的吸光率数据如表1-1所示，假定标准曲线可以用y=a+bx+cx2来表示，试计算出方程的参数值a、b、c的值，在y～x图上绘出拟合曲线，标出实验数据点。

表1-1　不同胆色素浓度标准溶液的吸光率

胆色素浓度（mg/100ml）

50

75

100

125

150

175

200

225

250

吸光率

0.039

0.061

0.087

0.107

0.119

0.163

0.179

0.194

0.213

（1）启动Origin

在“开始”菜单单击Origin程序图标，即可启动Origin。

Origin启动后，自动给出名称为Datal的工作表格，见图1-1。

（２）在Worksheet中输入数据

工作表Worksheet最左边的一列为数据的组数，一般默认A和B列分别为X和Y数据。

在工作表Data1的A（X）、B（Y

打开Worksheet窗口，用鼠标选中所有的数据，使用菜单Plot（绘图）中Scatter命令，或使用工具栏Scatter按钮绘图。

该图形上点的形状、颜色和大小、坐标轴的形式、数据范围等均可在相应内容所在位置处用鼠标左键点击后出现的窗体中进行调整。

（４）回归分析

绘图后，选Analysis（分析）菜单中的PolynomialRegression（多项式拟合）命令，出现图1-2所示对话框，在“Order”栏中输入“2”，表示作2次曲线拟合，在“ShowFormulaonPlot?

”一栏打钩，拟合结果见图1-3。

在ResultsLog窗口（图1-3中曲线右下侧）给出回归求出的参数值，包括拟合参数（A、B1、B2）及各自的标准误差（Error）、标准偏差（SD）、相关系数R、数据点个数N、R=0的概率P等。

该窗口的内容可以拷贝粘贴到其它程序中或保存为一个文本文件。

相关系数R反映了x和y的相关程度，R=1，表示x,y之间严格符合关系式;R越接近1,x和y的相关程度越大。

本题R为0.99063,说明拟合结果很好。

（５）文件保存和调用

Origin可以将图形及数据保存为扩展名为“．OPJ”的文件，可以随时编辑和处理其中的数据和图形。

所绘图形可以直接打印或拷贝粘贴到其它编辑软件（如Word）中。

图1-2拟合方式选项窗口图1-3拟合结果

例1-2对离心泵性能进行测试的实验中，得到流量qV、压头H和效率η的数据如表1-2，绘制离心泵特性曲线。

表1-2　流量qV、压头H和效率η的关系数据

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

qV/（m3/h）

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

3.6

4.0

4.4

H/m

15.0

14.84

14.56

14.33

13.96

13.65

13.28

12.81

12.45

11.98

11.30

10.53

η

0.0

0.085

0.156

0.224

0.277

0.333

0.385

0.416

0.446

0.468

0.469

0.431

本例涉及到多层图形的绘制，绘制的图形见图1-4，具体步骤如下：

（1）启动Origin

（２）在Worksheet中输入数据

在工作表Data1的A（X）、B（Y）分别依序输入流量qV和压头H的数据。

从File（文件）菜单运行New命令打开New对话框，选择Worksheet，单击OK，在新建的工作表Data２中A（X）、B（Y）中分别输入流量qV和效率η的数据。

（3）使用数据绘图

选择第一组数据（Data1），打开Worksheet窗口，用鼠标选中所有的数据，使用菜单Plot或工具栏中Line+Symbol（线＋点图）/Scatter（散点图）命令绘图。

在Edit菜单选择NewLayer（Axes）:

RightY命令，页面显示有第二层，双击层标，打开Layer２对话框，将Data2加入到Layer２。

调整图形格式，可完成多层图形的绘制。

[方法二]

在工作表中输入数据：

在Data1中按ctrl+D快捷键/点鼠标右键AddNewColumn，使工作表增加到三栏。

在工作表的A（X）、B（Y）、C（Y）中分别输入流量qV、压头H和效率η数据。

使用数据绘图：

用鼠标选中Data1中所有的数据，采用Plot:

Specialline/symbol:

Double-Y命令绘图。

调整图形格式，可完成多层图形的绘制。

图1-4Origin操作界面（离心泵特性曲线示例）

（４）回归分析

PolynomialRegressionforData1_B:

Y=A+B1*X+B2*X^2

ParameterValueError

A14.972120.05635

B1-0.363940.05954

B2-0.140410.01304

R-Square（COD）SD　　NP

0.9977　　0.07621　12<0.0001

绘图后，分别选中图层１和２，选Analysis菜单中的Fit　Polynomial（多项式拟合）命令在图中会产生拟合的曲线。

ResultsLog窗口内容如下：

PolynomialRegressionforData2_B:

Y=A+B1*X+B2*X^2+B3*X^3+B4*X^4

ParameterValueError

A-5.35256E-40.00386

B10.234880.01338

B2-0.057380.01323

B30.016130.00462

B4-0.00235.20183E-4

R-Square（COD）SD　　N　　P

0.99958　　　0.0040912<0.0001

（５）文件保存和调用

将图形及数据保存为扩展名为“．OPJ”的文件。

1.3Origin工作表（Worksheet）的使用

Origin工作表格支持许多种不同的数据类型，包括数字、文本、时间、日期等，Origin提供了许多向工作表格输入数据的方法：

1）从键盘输入数据

打开或选择一个工作表格，选择一个工作表格单元格（鼠标单击该处），输入数据，然后按Tab（→）到下一列或按Enter（↓）键到下一行，也可以用鼠标选定任意位置的单元格，再继续输入下一个值（在某单元格输入数据后必须按Tab键、方向键或Enter键将光标移动到其它单元格，才确认刚输入的数据）。

←→↓↑　　光标移动键

Enter　　　光标向下移动一单元格

←或shift+Tab光标向左移动一单元格（如已是最左边一列，将移到最右面一列）

→或tab光标向右移动一单元格（如已是最右边一列，将移到最左面一列）

Home光标移到当前列的第一个单元格

End光标移到当前列的最后一个单元格

PgDn光标向下移一页

PgUp光标向上移一页

Ctrl+Home光标移到最左列的第一个单元格

Ctrl+End光标移到最右列的最后一个单元格

Ctrl+PgDn光标向右移一页

Ctrl+PgUp光标向左移一页

Ctrl+↓光标移到当前列的最后一个有值的单元格

Ctrl+↑光标移到当前列的最后一个有值的单元格或第一单元格

Ctrl+←光标移到最左列同行的单元格

Ctrl+→光标移到最右列同行的单元格

如果某一单元格的数值输错了或想更改某一单元格的数据值，可以选择该单元格并键入新数据，Origin自动覆盖原数据。

要编辑一个单元格的数值，可以选择相应的单元格，按F2键或用鼠标单击指定的位置（单元格数值由反象显示变为正常显示，可以防止覆盖），可用下列的键编辑单元格的数值。

可以按↑,↓,PageUp，PageDn或Tab键结束编辑状态。

如果变更错误，可以按Ctrl+Z撤消刚进行的更改。

Delete删除光标右的一个值或所有选定的（反象显示）数值

Backspace删除光标左的一个值或所有选定的（反象显示）数值

Home移到单元格的最左端

End移到单元格的最右端

←光标向左移动一字符

→光标向右移动一字符

2）从文件中输入数据

数据可以从ASCII，Excel，dBASE等文件形式导入，具体步骤：

打开或选择一个工作表格；选择File菜单中Import命令下相应的文件类型，打开文件对话框，选择文件单击OK。

如要输入ASCII数据文件，可以在打开前设置选项，File-Import-ASCIIOption，打开ASCIIImportOptionforXXX对话框设置诸如列数，文件首忽略标题行数等。

然后选择文件输入。

3）通过剪贴板传递数据：

工作表格的数据也可以通过剪贴板来从别的应用程序（如Word等）获得，具体应用方式与一般拷贝、粘贴一样。

同样数据也可以在同一或不同的工作表格中交换。

4）用行号或随机数填充列：

可以用以下操作将一列或选定区域的单元格快速填充为行号、正随机数或一般随机数。

选择相应的单元格区域，工具栏中单击按钮

（将列填充为行号）；

（将列填充为正随机数）；

（将列填充为一般随机数）；或选择Column菜单中FillColumnWith命令；也可以右击鼠标选择FillColumnWith命令。

（*欲显示该按钮，View：

Toolbar命令，选WorksheetData）。

5）用函数或数学表达式设置列的数值：

见1.4.1

6）改变工具格中X的默认值：

当我们用工作表格中的数据绘图而不指定X列时，Origin假定X的初始值为1，且其增加值为1。

选择一个工具表格；如果已有X列，删除或忽略它；选择Format菜单中SetWorksheetX命令，出现对话框；输入初始X值和增加值；单击OK。

从该工作表格绘图将使用默认的X值。

7）选择工作表格数据：

选择整个工作表格：

鼠标单击工作表格左上角的空白处；

选择一个单元格：

鼠标单击单元格可选择单元格；

选择一列：

单击列标；

选择一行：

单击行的数码；

选择多个单元格：

鼠标向右下拖动（或选择初始单元格，Shift-单击终止单元格）；

选择多列：

在列标行拖动鼠标（或单击起始列标，Shift-单击终止列标）；

选择多行：

在行数码处拖动鼠标（或单击起始行，Shift-单击终止行，间隔选取可按Ctrl键单击）。

8）在一列中插入数据

在一列中插入一个单元格，可选择要插入单元格的位置，选择Edit：

Insert命令或右击鼠标在快捷菜单中选择Insert命令，新的单元格出现在选中单元格上面；如插入n个单元格，可以先选择n个单元格，然后用Insert命令。

9）删除单元格和数据

清除整个工作表格内的数值：

选择工作表格，在Edit菜单中选择ClearWorksheet命令，该工作表格中所有的内容均被删除。

删除工作表格中的部分数据：

选择工具表格，选择某个单元格或多个单元格，Edit菜单中选择Delete命令即可。

如果该数据已被绘图，绘图窗口将重新绘图以除去删除的点。

如仅欲删除数据而不删除单元格，可选择相应单元格，按Delete键。

被删除数据的单元格将显示“--”，表示没有数值。

10）保存数据

保存Origin文档的同时就保存了Worksheet中的数据。

如欲将Worksheet中的数单独保存成文件，可选择Worksheet窗口；在File菜单中选择ExportASCII命令，出现FileSaveAs对话框，输入相应的文件名即可。

一般数据文件可以“．dat”为扩展名。

1.3.2调整工作表格的基本操作

1）增加列：

选择一个工作表格，Column菜单中选择AddNewColumns命令；打开AddNewColumns对话框，在其中输入要增加的列数，这样在工作表格的结尾处加上了所输个数的列（默认为Y），所加的列按字母顺序标记（A，B，C…X，Y，Z，AA，BB，CC…．），从尚未使用的第一个字母开始。

标准工具栏中单击AddNewColumn按钮

，也可在工作表格空白处右击鼠标，快捷菜单中选择AddNewColumn命令在工作表格的结尾处增加一列。

2）插入列（行）：

欲在工作表格的指定位置插入一列（行），可将其右（下）侧的一列（行）选定，然后选择Edit：

Insert命令或选择右击鼠标快捷菜单中的Insert命令，新列（行）插在选定列的左（上）侧。

如果需要连续插入多列（行），可以重复上述操作多次或选定多列（行），运行Insert命令。

3）删除列（行）：

欲从工作表格中删除一列（行）或多列（行），可先反象选择这些列（行），选择Edit：

Delete命令或选择右击鼠标快捷菜单中的Delete命令，则所选定的列（行）被删除（注：

其中所包含的数据同时也被删除，如仅想删除数据而不删除列／行，可选择Edit：

Clear）。

4）移动列：

将所选定的列（反象）移动到工作表格的最左侧，选择Column：

MovetoFirst命令，如欲将其移动到最右侧，选择Column：

MovetoLast命令。

左右移动列也可以使用工具栏中的按钮

。

5）改变列宽：

在列标上双击，打开WorksheetColumnFormat对话框，在ColumnWidth处输入字节的数值即可。

6）行列互换：

选择Edit:

Transpose命令，可以将行列互换。

7）改变列的格式：

双击列标或右击列标在快捷菜单中选择Properties命令，打开WorksheetColumnFormat对话框。

对话框可对列命名（ColumnName）；加列标（ColumnLabel）;将列指定为X，Y，Z，Error，Label等;设置数据显示类型和格式；设置列宽（字节）等。

Origin工作栏由列定义，可以分别定义为X列、Y列、Z列、L列、和ErrorBar列。

该定义决定这些值是否可以作为XYZ或ErrorBar绘图。

可在WorksheetColumnFormat对话框的PlotDesignation定义也可选择工作表格中的一列，在Column菜单选择SetAs…命令设置。

列的标题显示所选择的类型。

Display中可以选择列的类型，Origin提供了7种类型，分别为：

numeric&text、numeric、text、time、Data、month和dayofweek。

选择数据类型后，可在Format选择其显示的相应选项，如对常用的数值类型来讲，可以设置为小数、科学记数或工程记数方式；也可以设置小数位数、数据的类型（整数、双精度、浮点）。

如果选择Applytoallcolumntotheright，则对右边诸列均采用此类型。

也可以输入列标记,完成输入后单击OK即可。

8）工具栏显示控制：

鼠标双击工具栏边的空位，可以打开WorksheetDisplayControl对话框，通过该对话框可以设置Worksheet显示的字体颜色、字型和字号、背景和前景颜色、标题及单元格间隔线等的显示特性。

1.4Worksheet数据分析

1.4.1工作表格计算

1）排序：

Origin可以对单列、多列、工作表格的一定范围或整个工作表格进行排序（包括简单和嵌套排序）。

A．列排序：

选择一列数据，Analysis菜单中选择SortColumn命令。

B．选择范围排序：

选择一定范围数据，Analysis菜单中选择SortRange命令。

注：

上面两种排序仅对选定的范围进行排序，而不管其数据同行的相关性。

C．工作表格排序：

如选择列或一定范围后，Analysis菜单中选择SortWorksheet

命令，则对选择范围排序，但基于同行数据的相关性,二种排序有不同结果。

2）设置列值：

选择或打开一个工作表格，选择一列；选择Column：

SetColumnValues命令或按

按钮，也可右击鼠标选择SetColumnValues命令打开图１-5所示对话框。

A.设定工作表格范围：

在FromRow…to…输入设置列值的行号范围。

B.选择函数和数据集：

AddFunction和AddColumn下拉菜单和相应的按钮帮助用户在表达式窗口建立合适的表达式。

防止用户键入函数名称和数据集名称时发生错误。

C．完成“Col（ColumnName）=”窗口的表达式，函数表达式中可以包括有数值、运算符号（“+”，“-”，“*”，“／”，“^”）、函数（abs（），sin（）等）、数据集（Col（A），Col（C）等）和行号（i）等。

Undo／Redo按钮可以取消或重复表达式编辑最后一步的变化。

D．单击OK可完成计算。

图1-5　SetColumnValues对话框

例1-3用Origin的SetColumnValues命令设置工作表格数值，产生x-sin（x）-cos（x）三栏工作表，x从0到1.9，如图1-6所示。

方法如下：

A.单击AddNewColumn按钮

，在工作表格的结尾处增加一列。

B.选择一列；选择Column:

SetColumnValues命令或按

按钮，也可右击鼠标选择SetColumnValues命令打开相应对话框。

C.在FromRow…to…输入设置列值行号范围，i=1～20。

col（A）、Col（B）、Col（C）的公式分别为（i-1）*0.1；sin（Col（A））和Cos（Col（A）），单击OK即可产生题目要求的工作表。

D.分别双击各列或者点右键选择Properties,这里可以设置一些列的属性，将ColumnName分别