TikZ, PGFPlots и техническая графика

TikZ создаёт схемы, блок-схемы и геометрические рисунки; PGFPlots построен на TikZ и предназначен для координатных осей и графиков данных. Оба создают масштабируемую векторную графику, согласованную со шрифтами и обозначениями документа.

Настройка EasyLaTeX для русского текста: XeLaTeX с article, fontspec и babel. Для схем подключите tikz, для графиков — pgfplots. Сложные рисунки увеличивают время компиляции.

Когда рисовать кодом#

Рисование кодом даёт воспроизводимость, контроль версий и согласованные шрифты. Если для рисунка лучше подходит специализированный инструмент, используйте его и импортируйте устойчивый выходной формат.

Минимальная схема TikZ#

Подключите TikZ в преамбуле:

1\usepackage{tikz}

Нарисуйте оси и отрезок:

1\begin{tikzpicture}2  \draw[->] (0,0) -- (4,0) node[right] {$x$};3  \draw[->] (0,0) -- (0,3) node[above] {$y$};4  \draw[blue,thick] (0,0) -- (3,2);5\end{tikzpicture}

В обычных декартовых координатах единицы по умолчанию равны 1 см. \draw создаёт пути, квадратные скобки задают стили, а node добавляет текст.

Узлы и стрелки#

Определяйте стили и используйте их повторно:

1\begin{tikzpicture}[2  box/.style={draw, rounded corners, minimum width=2.5cm, minimum height=8mm},3  arrow/.style={->, thick}4]5  \node[box] (input) {Входные данные};6  \node[box, right=1.5cm of input] (process) {Обработка};7  \node[box, right=1.5cm of process] (output) {Результат};8  \draw[arrow] (input) -- (process);9  \draw[arrow] (process) -- (output);10\end{tikzpicture}

Синтаксис right=... of ... требует библиотеки позиционирования:

1\usetikzlibrary{positioning}

Общие стили сохраняют единообразие схем. Сократите длинные подписи или задайте text width, не допуская наложения узлов.

Минимальный график PGFPlots#

Подключите PGFPlots и задайте уровень совместимости:

1\usepackage{pgfplots}2\pgfplotsset{compat=1.18}

Постройте график по координатам, заданным в коде:

1\begin{tikzpicture}2  \begin{axis}[3    xlabel={Время (с)},4    ylabel={Скорость (м/с)},5    grid=major6  ]7    \addplot coordinates {(0,0) (1,1) (2,4) (3,9)};8  \end{axis}9\end{tikzpicture}

axis управляет осями, делениями, подписями и сеткой; \addplot задаёт ряд. Явно указывайте величины и единицы измерения, не различайте ряды только цветом.

Чтение данных из файла#

Создайте в проекте data/velocity.csv:

1time,velocity20,031,142,453,9

Затем прочитайте именованные столбцы:

1\addplot table [x=time, y=velocity, col sep=comma] {data/velocity.csv};

Отделение данных от кода графика упрощает обновление и проверку. Имена столбцов должны совпадать с выбором в x= и y=.

Размещение графики в документе#

Заключите рисунок в figure, чтобы получить подпись, метку и ссылку:

1\begin{figure}[tbp]2  \centering3  % Здесь размещается tikzpicture или axis4  \caption{Изменение скорости со временем}5  \label{fig:velocity}6\end{figure}

В подписи объясняйте содержимое, источник данных и неопределённость, если она существенна. Код рисования не заменяет это пояснение.

Частые проблемы#

Environment tikzpicture undefined#

Подключите tikz; для позиционирования узлов также нужен \usetikzlibrary{positioning}.

Environment axis undefined#

Подключите pgfplots, а не только TikZ. Окружение axis относится к PGFPlots.

Медленная компиляция#

Уменьшите число ненужных точек выборки и слоёв, используйте подготовленные файлы данных. Для очень большого рисунка заведите отдельный графический проект, скомпилируйте и скачайте PDF, затем загрузите его как изображение в основной проект.

Полный пример#

1\documentclass[a4paper,12pt]{article}2\usepackage{fontspec}3\setmainfont{CMU Serif}4\setsansfont{CMU Sans Serif}5\setmonofont{CMU Typewriter Text}6\usepackage[russian]{babel}7\usepackage{pgfplots}8\pgfplotsset{compat=1.18}9​10\begin{document}11​12\begin{figure}[tbp]13  \centering14  \begin{tikzpicture}15    \begin{axis}[16      width=0.75\linewidth,17      xlabel={Время (с)},18      ylabel={Скорость (м/с)},19      grid=major20    ]21      \addplot[blue,thick,mark=*] coordinates {22        (0,0) (1,1) (2,4) (3,9)23      };24    \end{axis}25  \end{tikzpicture}26  \caption{Изменение скорости со временем}27  \label{fig:velocity}28\end{figure}29​30\end{document}