Tikz作图教程：堆叠柱形图+折线图+误差线

今天我们来介绍使用基于Tikz的pgfplots宏包绘制堆叠图、折线图和误差线的组合图形。

作图分析

本图的难点在于：

堆叠柱形图属于 ybar stacked类型的图，而折线图和误差线作图是另一种类型的图，当坐标系设置中有ybar stacked,键值时，pgfplots会将折线图的数据化成矩形堆叠上去，而不是画成线型图。
解决方案是分别在两个坐标系中作图，pgfplots会将后面的图叠加到先作的图上，这就是“图层”的机制。两个坐标系的设置也是一个难点，它们的设置要相同，这样才不会出现坐标系不重合的情形。
堆叠图的画法在前一篇推文中，已经做了详细介绍，下面只讲误差线的画法。

折线图+误差线的画法

首先解释一些关于误差的概念：
我们通过实验得到的观察值(x,y)(x,y)(x,y)和真值(x′,y′)(x^\prime,y^\prime)(x′,y′)之间往往有有一个差值，我们常常给出一个误差范围来描述观察值的精确程度。观测值与真值之差的绝对值的上界叫做绝对误差，记作ϵ\epsilonϵ.
∣x−x′∣≤ϵx,∣y−y∣≤ϵy|x-x^\prime|\le \epsilon_x, |y-y|\le \epsilon_y ∣x−x′∣≤ϵx,∣y−y∣≤ϵy

绝对误差占真值的绝对值的比率的上界则称为相对误差：

∣x−x′∣∣x′∣ϵx,∣y−y′∣∣y′∣≤ϵy\frac{|x-x^\prime|}{|x^\prime|}\epsilon_x, \frac{|y-y^\prime|}{|y^\prime|}\le \epsilon_y ∣x′∣∣x−x′∣ϵx,∣y′∣∣y−y′∣≤ϵy

如何在图形上呈现观测点的误差呢？以yyy坐标为例，只需要在观测点(x,y)(x,y)(x,y)处画一条从点(x,y−ϵy)(x,y-\epsilon_y)(x,y−ϵy)到点x,y+ϵyx,y+\epsilon_yx,y+ϵy的线段即可。

本图中数据表Total中给出了三列值，第一二列是(x,y)(x,y)(x,y)的取值，而第三列就是yyy值的绝对误差。

画误差线的代码只有下面一行：

 \addplot+[red!90!black,mark=none]plot [
error bars/.cd,
y dir=both, y explicit,
] table [y error=error] {yEr.dat};
\end{axis}

[red!90!black,mark=none]中选项说明折线的颜色和标记；
[error bars/.cd,y dir=both, y explicit,]中第一个键是对数值的设置，y dir=both的含义是显示完整的误差线，另外两种选择：y dir=plus和y dir=minus分别只显示误差线的上半部分和下半部分。y explicit,是为每个观测值指定误差范围，相反地，y fixed=0.1是为所有的观测值指定一个统一的、不变的误差值。

\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
legend style={at={(0.5,-0.20)},
anchor=north,legend columns=-1},
ylabel={C(\textup{$\mu$g}\ \textup{g}$^{-1}$)},
symbolic x coords={bDec,Dec, Jan, Feb, Mar,
Apr, May, Jun, Jul, Aug, Sep, Oct, Nov,aNov},
xtick=data,
x tick label style={rotate=45,anchor=east},
xlabel={Month},
ymin=0,ymax=3500,
xmin=bDec,xmax=aNov
]\addplot+[red!90!black,mark=none]plot [
error bars/.cd,
y dir=both, y explicit,
] table [y error=error] {yEr.dat};
\end{axis}
\end{tikzpicture}

合成一张图

将堆叠图和折线+误差线图放在同一个tikzpicture环境中，就能将它们合成为一幅图了，注意要将堆叠图放在前面，折线图+误差线图放在后面，否则会出现折线图被遮挡的意外效果哟！

得到的成图如下:

学习Tikz作图虽然有一定难度，但是从效果来说还是值得我们花时间去学习的！

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