ｃ言語によるグラフ作成

Question

初めまして。
c言語で関数ポインタを使って点を表示させ、グラフを書きたいのですが点を表示させる関数のところが分かりません。
具体的には配列を作ってx座標ごとにy座標を計算して保存、これを上から表示してぐグラフに見せたいのですがどうやって書いていいのか行き詰っています。
この関数外のプログラムは以下のように書きました。
どなたか教えてください。

 #include <stdio.h>
    #include <math.h>
    int draw(int,int,int);
    int keisan( int );
    int main(){
        int max_x = 40; int max_y = 40;　//x,y軸の最大値
        draw( max_x, max_y, keisan );
    }

int draw(){
//この中が分かりません
}
    int keisan( int x ){
        
        /return x*x;
    }

Answer 1

別回答を一つ。

そのグラフを描画するエリア分の文字型の２次元配列を確保しておき、予めスペースで埋めておきます
まず、軸を配列に描画（代入、というのが正しいか）していき、次に、グラフ本体を描画します

あとはその配列の内容を文字列として１行づつ出力します

いったんこうしたグラフ描画をパターン化しておけば、他のグラフを書くのにも使いまわしができますね

---

と、書いてからkazuma_sさんの回答とかぶってるのに気がついて、もうちょっと追加を。

私が作るなら、

• 二次元配列をスペースで埋める
• 軸を描画
• グラフの描画
• 二次元配列を１行づつ出力

と分けて、それぞれ一つの関数として実行できるようにさせます
各関数は引数に、二次元配列のアドレス、Xサイズ、Yサイズ、を取るようにしておきます

そうしておけば、他のグラフを書きたいときには、３つ目の関数を差し替えるだけでいけます

Answer 2

方法論がやっつけ感ですが，何かの参考になれば．

座標(x,y)に関して，曲線とのx方向あるいはy方向の距離がThresh以下となる場合，(x,y)の場所に*を表示するようにしています．
x方向あるいはy方向のどちらを用いるのかは関数df(曲線の傾き)の値によって決めています．

• 面倒なので，y軸は下向を正としています．
• 上記の方法のために，関数f(x)だけでなく，その一階導関数df(x)と，f(x)の逆関数inv_f(y)も定義しています．
• 質問コードに見られた x*x という関数だと，xの増加に対してyの値がすごい勢いで増えていってしまうので，適当な係数alphaを乗じています．

const double alpha = 1.0 / 32;  //coefficient
double f( int x ){  return alpha * x * x;   }   //y = f(x)
double df( int x ){ return 2 * alpha * x;   }   //df(x)/dx
double inv_f( int y ){  return sqrt( y / alpha );   }   // x = inverse_of_f(y)

void draw( int max_x, int max_y, double Thresh )
{
    for( int y=0; y<=max_y; ++y )
    {
        char DefaultChar = ( y==0 ? '-' : ' ' );
        for( int x=0; x<=max_x; ++x )
        {
            double d = fabs( df(x)<=1.0   ?   ( y-f(x) )   :   ( x-inv_f(y) ) );
            char OutChar = (   (d <= Thresh)   ?   '*'   :   ( x==0 ? (y==0 ? '+' : '|') : DefaultChar )   );
            printf( "%c", OutChar );
        }
        printf( y==0 ? ">\n" : "\n" );
    }
}

int main()
{
    int max_x = 40; int max_y = 40; //x,y軸の最大値
    draw( max_x, max_y, 0.5 );
    return 0;
}

表示結果の一部（yのでかい側が切れています）．
一番左上が原点(0,0)です．
*が固まって並んで「太く」見えてしまう場所が生じますが…

Comments

[fana]

Threshを小さくすると，グラフの線が途切れ途切れになります．
Threshを大きくすると，この方法論の良くない点が浮き彫りになります．（真面目にやるなら「点(x,y)と曲線との距離」を用いるべきところだが，xあるいはyの差を用いているので，結果が「変」になる）

Answer 3

関数 f(x) のグラフを書きます。a <= x < b です。

#include <stdio.h>   // printf
#include <string.h>  // memset
#include <math.h>    // sqrt, exp, log, sin

#define A    0.0     // -1.0
#define B   25.0     // A <= x < B

double f(double x)
{
	return (x - 1) * (x - 11) * (x - 21);
	// return x;
	// return sqrt(x);
	// return sqrt(25*25 - x*x);
	// return exp(x * 0.1);
	// return log(x + 1);
	// return sin(x * 0.3);
}

#define H   25
#define W   80
#define FMT "%.79s\n"

void draw(int n, double a, double b, double *y)
{
    char scr[H][W];  // screen
    memset(scr, ' ', sizeof scr);
	double min_y = 1e99, max_y = -1e99;
	for (int i = 0; i < n; i++) {
		if (y[i] < min_y) min_y = y[i];
		if (y[i] > max_y) max_y = y[i];
	}
	double h = max_y - min_y, w = b - a;
	int x = -W * a / w, z = -H * min_y / h;
	if (x >= 0 && x < W)
		for (int i = 0; i < H; i++) scr[i][x] = '|';
	if (z >= 0 && z < H) {
		for (int i = 0; i < W; i++) scr[z][i] = '-';
		scr[z][W-2] = '>';
	}
	if (x >= 0 && x < W && z >= 0 && z < H) scr[z][x] = '+';
		
	for (int j = 0; j < n; j++) {
		int i = (y[j] - min_y) * H / h;
		if (i >= 0 && i < H && j >= 0 && j < W) scr[i][j] = '*';
	}
	for (int i = H; --i >= 0; ) printf(FMT, scr[i]);
}

int main(void)
{
	int n = W;
	double a = A, b = B, d = (b - a) / n, y[W];

	for (int i = 0; i < n; i++) {
		double x = a + d * i;
		y[i] = f(x);
	}
	draw(n, a, b, y);
}

追記
char scr[H][W]; をローカル変数にし、initScreen() を削除しました。

Comments

[bayberry]

コメントありがとうございます。HとWはなにか教えてほしいです。

[kazuma-s]

height(高さ), width(幅) の意味ですが、row(行), col(列) のほうが良かったかもしれません。
screen(画面) の縦横のサイズです。

Answer 4

環境に依存しますがcursesが使えるかもしれません。

Answer 5

C言語はグラフを描画するのに適していない言語です。一般にはpython, R, gnuplot, Oxyplot(C#などの.NET系)が用いられます。

Cでよく見るのはCからgnuplotを叩く例でしょうか。

いずれにせよ根本的にやり方を見なお方がいいと思います。

Comments

[bayberry]

回答ありがとうございます。
質問に掲載したように簡単なグラフです。今回はどうしてもｃ言語で書きたいのですが何か方法はありませんか？

[yumetodo]

やってやれなくはないでしょうが、どう考えてもCでは必要なデータを吐き出すだけにして他の言語でプロットするのが圧倒的に幸せだと思います。楽だしきれいなグラフがサクッと作れるし。プログラマーは怠惰であるべきです。

[Daregada]

どうしてもというくらいなので、おそらく「そういう課題」なのでしょう。課題は自分でやりましょう。
とりあえず、グラフにすることは置いておいて、「xが 0 からmax_x (40) まで1ずつ変化するときのyの値を配列に保存する」あたりから書いてみればいいのでは。

[yumetodo]

というか自分で
> 具体的には配列を作ってx座標ごとにy座標を計算して保存
と書いているのですから、あとはその二次元配列を上下逆にアクセスしながらprintしていけばそれっぽいものはできますよね。

つまりなにかというと、
int draw(int,int,int);
int keisan( int );
という関数分けをするのはいいけど引数がおかしい。keisanは描画対象の数学的関数を表現した関数ポインタと二次元配列へのポインタを受け取るべきだろうし、drawは二次元配列を受け取るべき。