こんな人です

名前：niszet*
Rおじさん歴：2年目
趣味：R、楽器(お休み中)、ラズパイなど

普段は回路設計などしています

bode線図とは

• 周波数によって変化するゲインと位相を見るための図
• 制御や電気電子回路の分野等で系の安定性を見るために使う。
  • ゲイン余裕とか位相余裕とか…

先行事例(あまりない)

• そもそも需要がないのでは…(?)
  • niszetも以前やってたらしい（完全に忘れてた）
  • ただし前処理が大量に必要で図の見栄えもイマイチ…

ご参考

• 抜粋

amplitude = 20*log10(Mod(Hf(f,R,L,C))) #amplitude in dB = 2olog(|H(f)|)
df <- data.frame(x = f, y = amplitude)
p1 <- ggplot(df,aes(x,y)) + geom_line(lwd = 1, col = 'blue') +
  scale_y_continuous(breaks=seq(-65,25,by = 5)) + 
  labs(x = "f [Hz]", y = "|H(f)| [dB]") + 
  scale_x_log10(breaks = trans_breaks("log10", function(x) 10^x),labels =     trans_format("log10", math_format(10^.x)))+
  annotation_logticks(sides = "bt")

phase = Arg(Hf(f,R,L,C))/pi*180 #phase in deg = arg(H(f))
df <- data.frame(x = f, y = phase)
p2 <- ggplot(df,aes(x,y)) + geom_line(lwd = 1, col = 'blue') +
    scale_y_continuous(breaks=seq(-180,180,by = 30)) + 
    labs(x = "f [Hz]", y = "Arg(H(f)) [deg]") + 
    scale_x_log10(breaks = trans_breaks("log10", function(x) 10^x),labels =     trans_format("log10", math_format(10^.x)))+
    annotation_logticks(sides = "bt")

grid.arrange(p1,p2)

Rのデータ型(mode)いろいろ

• integer
• numeric
• logical
• character
• raw (以前紹介。バイナリ)
• complex (今回出てきます)

complex型

• 複素数型。複素数は電気回路とかでよく使うらしい
• 数字のあとにiをつけると複素数型になる（jではダメ）

2i

## [1] 0+2i

complex(real = 1, imaginary = 1)

## [1] 1+1i

• characterの次に強い型

complex型の弱点

• ネットにも書籍にも情報がほとんどない…

• ggplot2パッケージは直接complex型を扱えない
  • Re()とIm()`で実部と虚部を取り出して対応
  • plot()はcomplexを直接扱える

• メモリをより多く使う

pryr::object_size(numeric(100))

## 840 B

pryr::object_size(complex(100))

## 1.64 kB

とにかく楽にプロットしたい

• MUST: 基本は前処理も関数内に含める
• WANT: カスタマイズできるようにしたい

プロット用のデータ作成

• 自作の1次のLPFの周波数特性を返す関数を使用。

head(lpf(c(3,6e9),1e6, 1e-12))

##          x            y
## 1 3.000000 1-0.0000188i
## 2 3.366055 1-0.0000211i
## 3 3.776776 1-0.0000237i
## 4 4.237613 1-0.0000266i
## 5 4.754680 1-0.0000299i
## 6 5.334838 1-0.0000335i

えいっ

ggbode(lpf(c(3,6e9),1e6, 1e-12), aes(x=x,y=y))

グラフは2つ同時に表示したい

• 以前は別々のdata.frameを準備してた（手間）
• complex型を受け取ることで1つの列で2つのy軸を作成
• gridExtraパッケージでゲインと位相を同時に表示

gridExtra::gtable_rbind(
    ggplot2::ggplotGrob(g1), 
        ggplot2::ggplotGrob(g2))

縦軸はdB（デシベル）や度数表記に

• ggbode内部で変換する。

# 値を一旦取り出す
v <- data[[as.character(mapping$y)]]

# デシベル変換(電圧として)
mag_db20 <- 20*log10(v)

# 位相の度数表示への変換
phase <- atan2(Im(v), Re(v)) / pi * 180

x軸の対数表示と目盛

• scale_x_log10()を使う
  • breaks と minor_breaks で主目盛と副目盛をそれぞれ作成
• xlimを引数にとれるようにする。
  • c(6,4e3)のような値が与えられても副目盛線を調整する

idx <- 
    (floor(log10(xlim[1])) - 1):
        (ceiling(log10(xlim[2])) + 1)
breaks_x <- 10 ^ idx
minor_breaks_x <- 
    rep(1:9, (idx[length(idx)]-idx[1]+1)) * 
        (10 ^ rep(idx, each = 9))

目盛の見栄え調整

• 目盛の表示が 1E9とか \(1^9\) では見づらい
  • sitoolsパッケージを使って 1G のように表示させる

scale_x_log10(labels = sitools::f2si)

• 対数の補助の目盛が欲しい
  • 下記を追加。

annotation_logticks(sides = "bt") 

• 対数scale以外に使うとメモリが爆発するので注意
• この正体は geom_logticks 、つまり layer です。

上下限を設定しなくても
良い感じにplotしたい

• ggplot2 パッケージの print.ggplot() 内の ggplot_build() でプロットする範囲を求めている

xlim <- ggplot2::ggplot_build(g)[["layout"]]
             [["panel_ranges"]][[1]][["x.range"]]

• ggbode もこの結果を使っている。
  • 本当は print.ggbode() を実装したい。課題。

まとめ

• 出来たこと
  • bode線図をggplot2パッケージを使って描いた
  • complex型を使った（☜ 重要）
  • minor_breaksなどの処理を取り込んだ
  • パッケージ化の道は遠い…
• 今後の課題
  • パッケージに必要な情報の整備
    • DESCRIPTIONとか色々
  • facetの対応が難しい…
  • 色々な設定に対応する

Enjoy!!