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2024 | Buch

Datenvisualisierungen mit Julia

Erstellen von Grafiken, interaktiver Oberflächen sowie Animationen

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Über dieses Buch

Dieses Buch stellt eine Einführung in das Programmieren und das Erstellen publikationsfertiger Grafiken oder interaktiver Animationen mit der Julia-Programmiersprache dar. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf einer schrittweise Auseinandersetzung mit den verschiedenen Plot-Möglichkeiten. Im Buch werden aufeinander aufbauend alle wichtigen Programmierkonstrukte zum Erstellen von Grafiken ausgearbeitet. Durch zusätzliche Aufgaben mit Beispiellösungen kann der Leser sein gelerntes Wissen nochmals selbst in der Praxis anwenden.

Der Inhalt

Erste SchritteSchleifen in JuliaErstellen einfacher GrafikenDarstellungsoptionen von Plots und Schleifen mit FunktionenVektorfelder, 3d-Plots, Oberflächen und KonturenInteraktive Anwendungen und Animationen

Der Autor

Dr. Daniel Jaud studierte Mathematik und Physik mit anschließender Promotion. Er unterrichtet an einem Gymnasium und ist weiterhin als freier Wissenschaftler im Bereich der mathematischen Physik tätig.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Erste Schritte
Zusammenfassung
In diesem ersten Kapitel werden wir die grundlegenden Bausteine für die Programmiersprache Julia einführen und behandeln. Dazu zählen die Installation, das Einfügen von Packages, das Verwenden der Pluto-Nutzeroberfläche, das Erstellen erster kleinerer Programme und die Datenstrukturierung mithilfe von Vektoren und Matrizen. Außerdem werden Einblicke in voreingestellte Funktionen, mathematische Konstanten sowie der Erzeugung von Zufallszahlen gegeben. Zur Vertiefung des Inhalts werden einfache Übungsaufgaben gestellt.
Daniel Jaud
Kapitel 2. Schleifen in Julia
Zusammenfassung
Schleifen sind in jeder Programmiersprache ein wichtiges Tool zum Erstellen komplexer Algorithmen. Nachfolgend werden wir die drei wichtigsten Schleifentypen for, if-else und while in Julia vorstellen und anhand ausgewählter Beispiele illustrieren. Übungsaufgaben sollen zur Anwendung und Vertiefung dienen.
Daniel Jaud
Kapitel 3. Erstellen einfacher Grafiken
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden wir die einfachsten Möglichkeiten beschreiben, Grafiken mit dem Package Plots.jl zu erstellen. Neben der Darstellung fester Datensätze werden u. a. auch die Veranschaulichung von Funktionen einer Variable, die Erstellung von Figuren sowie das Abspeichern von Grafiken betrachtet. Übungsaufgaben zu einzelnen Teilen des Kapitels sollen wiederum einen zusätzlichen Lernprozess fördern.
Daniel Jaud
Kapitel 4. Darstellungsoptionen von Plots und Schleifen mit Funktionen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wenden wir uns den verschiedenen Darstellungsattributen von Grafiken zu. Dazu gehören insbesondere die Beschriftung der Achsen, Legende und Titel, das Verwenden von https://static-content.springer.com/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-68155-8_4/MediaObjects/604029_1_De_4_Figa_HTML.gif -Zeichensätzen, das Verwenden von Farben, die unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten von mehreren Grafiken sowie die besonderen Begebenheiten, wenn Grafiken mittels Schleifen von Funktionen erstellt werden. Wie gewohnt sollen ausgewählte Übungen die neuen Konzepte vertiefen.
Daniel Jaud
Kapitel 5. Vektorfelder, 3D-Plots, Oberflächen und Niveaulinien
Zusammenfassung
Diese Kapitel deckt die Erstellung von Vektorfeldern, parametrischen Kurven, Oberflächen sowie Niveaulinien ab. Zusätzlich werden die Kameraeinstellung bei 3D-Grafiken sowie weitere, spezifische Farboptionen erörtert. Die hier behandelten Themen stellen somit einen direkten Bezug zu vielen Teilbereichen der Mathematik und Physik her. Die Inhalte können durch zusätzliche Übungsaufgaben angewendet und vertieft werden.
Daniel Jaud
Kapitel 6. Weiterführende Datenvisualisierungen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wollen wir explizit auf die Darstellungsmöglichkeiten statistischer Daten eingehen. Neben den Standarddarstellungen als Säulen- oder Kuchendiagrammen werden zusätzlich fortgeschrittenere Darstellungsmöglichkeiten wie z. B. Heatmaps, Histogramme oder Box-Plots eingeführt. Das Kapitel wird mit einer Kurzeinführung zur Darstellung von Netzwerken abgerundet. Eine Vielzahl von Übungsaufgaben sollen die Konzepte vertiefen.
Daniel Jaud
Kapitel 7. Netzwerke
Zusammenfassung
Netzwerke sind eine einfache Darstellungsmöglichkeit von Beziehungen zwischen einzelnen Objekten. Aufgrund ihrer Einfachheit und dennoch großen Aussagekraft haben sie sich in vielen modernen Wissenschaftsgebieten wie z. B. der Elektrotechnik, Biologie, Wirtschaftswissenschaften, Informatik uvm. etabliert. Der Ursprung von Netzwerken liegt dabei in der Mathematik, um genau zu sein in der sogenannten Graphentheorie. Das Gebiet der Netzwerke ist mittlerweile zu einer beachtlichen Größe angewachsen. Im Folgenden werden wir zunächst auf die Grundkonzepte von Netzwerken aus Sicht der Graphentheorie eingehen. Darauf folgend werden wir einfache Netzwerke mithilfe der drei Packages Plots.jl, Graphs.jl sowie GraphRecipes.jl erstellen. Diese Packages müssen wie gewohnt zunächst installiert werden (vgl. Abschn. 1.3). Da das Themengebiet der Netzwerke so groß und vielfältig in der Anwendung ist, werden wir uns hier nur mit den gängigsten Grundkonzepten auseinandersetzen.
Daniel Jaud
Kapitel 8. Interaktive Anwendungen und Animationen
Zusammenfassung
Bisher haben wir lediglich statische Grafiken betrachtet. In diesem Kapitel soll nun das Handwerkszeug zum Erstellen interaktiver Grafiken bereitgestellt werden. Dabei geht es um interaktive Elemente wie Nummernfelder, Check-Boxen, Auswahlfelder und Schieberegler sowie das Erstellen von Animationen im MP4-, MOV- oder GIF-Format. Die interaktiven Elemente sind dabei im Package PlutoUI.jl enthalten, wohingegen Animationen schon einfach mithilfe von Plots.jl erzeugt werden können.
Daniel Jaud
Kapitel 9. Kurzzusammenfassungen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden final nochmals die wichtigsten Befehle kompakt aufgelistet. Somit bilden die nachfolgende Teile ein einfaches Nachschlagewerk.
Daniel Jaud
Backmatter
Metadaten
Titel
Datenvisualisierungen mit Julia
verfasst von
Daniel Jaud
Copyright-Jahr
2024
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-68155-8
Print ISBN
978-3-662-68154-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-68155-8

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