Visual C#(C_sharp)用のグラフプロットライブラリScottPlotを使う(1) 数値計算ライブラリMath.NET Numericsと組み合わせてルンゲクッタ法でローレンツ方程式を計算、図示して拡大縮小移動してみる。

Visual C#でグラフを描くには.NET framework 4.xならExcelのグラフのようなものが描けるMS Chartが使える。

https://atmarkit.itmedia.co.jp/ait/articles/1007/22/news111.html

しかしもうframeworkを使ってる場合じゃない。今は.NET 9が出ている時代。

サーバー アプリ用 .NET と .NET Framework

しかし残念ながら.NETではChartが使えない。そこで使えそうなライブラリを探すと

ScottPlot

https://scottplot.net/

OxyPlot

https://oxyplot.github.io/

などがあった。とりあえずScottPlotの方が情報量多そうなのでこっちを使ってみる。今回はVisual C#の.NET 8でやってみる。

まず、インストールはNuGetで簡単にできる。ScottPlot.WinFormsを選択。

するとツールボックスにFormsPlotが現れるので、これをChartと同じようにフォームに貼り付けるだけ。

何のグラフを描こうか、と思ったがここはMath.NET Numericsを使ってルンゲクッタ法でローレンツ方程式を描いてみよう。

ソースコードはこんな感じで。

using MathNet.Numerics.LinearAlgebra;

using MathNet.Numerics.OdeSolvers;

namespace PlotRungeKutta01

{

    public partial class Form1 : Form

    {

        public Form1()

        {

            InitializeComponent();

            var axis = formsPlot1.Plot.Axes;

            axis.Bottom.Label.Text = "X";

            axis.Bottom.TickLabelStyle.FontSize = 21;

            axis.Left.Label.Text = "Y, Z";

            axis.Left.TickLabelStyle.FontSize = 21;

            axis.Title.Label.Text = "Lorenz Equation";

            axis.Title.Label.FontSize = 32;

            axis.SetLimits(-20, 20, -30, 50);

        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

        {

            double dt = 0.01;

            double tmax = 200.0;

            int n = Convert.ToInt32(tmax / dt);

            var xs = new double[n];

            var ys = new double[n];

            var zs = new double[n];

            var t = MathNet.Numerics.Generate.LinearSpaced(n, 0.0, tmax);

            var x0 = Vector<double>.Build.DenseOfArray(new double[] { 1.0, 1.0, 1.0 });

            var x = RungeKutta.FourthOrder(x0, 0, tmax, n, Func);

            for (int i = 0; i < n; i++)

            {

                xs[i] = x[i][0];

                ys[i] = x[i][1];

                zs[i] = x[i][2];

            }

            var xy = formsPlot1.Plot.Add.ScatterLine(xs, ys);

            xy.LegendText = "Y";

            var xz = formsPlot1.Plot.Add.ScatterLine(xs, zs);

            xz.LegendText = "Z";

            formsPlot1.Plot.Legend.FontSize = 21;

            formsPlot1.Plot.ShowLegend();

            formsPlot1.Plot.Axes.AutoScale();

            formsPlot1.Refresh();

        }

        Vector<double> Func(double t, Vector<double> x)

        {

            double s = 10.0, r = 28.0, b = 8.0 / 3.0;

            double x_dot = s * (x[1] - x[0]);

            double y_dot = r * x[0] - x[1] - x[0] * x[2];

            double z_dot = x[0] * x[1] - b * x[2];

            return Vector<double>.Build.DenseOfArray(new double[] { x_dot, y_dot, z_dot });

        }

    }

}

結果を動画にしたもの。拡大縮小移動が簡単にできる。

このScottPlotでいろいろやってみよう。