Einführung

Diese Sammlung von Anleitungen soll dabei helfen, auf dem eigenen System Programme und Hilfsmittel für die Auswertung von Messdaten einzurichten. Dabei werden verschiedene Programmtypen und Betriebssysteme berücksichtigt.

Die Anleitungen gliedern sich zunächst in Programme zur Erstellung eines Labor- bzw. Versuchsberichts, danach werden Programme Erfassung von Daten vorgestellt und schließlich folgt ein Überblick über verschiedenste Hilfsmittel zur Auswertung von Daten, wobei ein breites Spektrum zwischen grafisch orientierten Tools und skriptbaren / textbasierten Tools abgedeckt wird, damit je nach Vorliebe ein Wunschprogramm für den entsprechenden Anwendungsfall gefunden werden kann.

Alle vorgestellten Tools sind freie OpenSource Produkte und können daher kostenfrei eingesetzt werden. Die Anleitungen decken dabei die Installation auf Windows, macOS oder Linux ab, sowie enthalten einige erste Schritte für einen Test des jeweiligen Programms.

Berichterstellung

Zur Erstellung von Berichten bietet sich das Textsatzsystem LaTeX an, welches alle üblichen Anforderungen (Literaturverweise, Darstellung von Messdaten, Einbinden von Grafiken etc.) gut abdecken kann und sich selbstständig um das eigentliche Layout kümmert.

Für das Erstellen eigener Zeichnungen kann z.B. das freie Programm Inkscape verwendet werden, welches nicht nur die Funktionen einer guten Vektorgrafikbearbeitung bietet, sondern ebenfalls Grafiken aus existierenden PDF-Dateien extrahieren kann.

LaTeX

Das Textsatzsystem LaTeX basiert auf dem Konzept, dass Textdateien mit einfachem Markup geschrieben werden, und sich LaTeX dann eigenständig um eine professionelle Darstellung kümmert. Im Gegensatz zu Editoren, die nach dem "What-you-see-is-what-you-get"-Prinzip funktionieren, liegt der Fokus beim Erstellen von Dokumenten daher klar auf dem Inhalt, während sich LaTeX um das Layout kümmert und dabei hohe Anforderungen erfüllt, wie sie an wissenschaftliche Arbeiten gestellt werden.

LaTeX eignet sich insbesondere für wissenschaftliche Berichte, da es einen ausgereiften Formelsatz bietet und mit großen Dokumenten problemlos umgehen kann. Es bietet ebenfalls viele Erweiterungspakete, die etwa die tabellarische Darstellung von Messdaten erleichtern, wissenschaftliches korrektes Zitieren vereinfachen oder gar das Anfertigen von Zeichnungen direkt in LaTeX ermöglichen.

Installation von LaTeX

LaTeX kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden. Dabei lässt sich zwischen der reinen LaTeX-Installation und größeren Frameworks mit grafischer Oberfläche unterscheiden.

Kurze Installationsanleitungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

LaTeX Installation unter Windows

Installation per Paketverwaltung

Nach Einrichtung einer Paketverwaltung lässt sich LaTeX mit Hilfe dieser installieren. Für die Variante ohne grafische Oberfläche lautet der Paketname unter Chocolatey texlive. Da einige sehr hilfreiche Erweiterungen nicht in der Basisversion mitgeliefert werden, ändert sich der empfohlene Installationsbefehl etwas ab:

choco install texlive --params="'/collections:latex,latexrecommended,langgerman,bibtexextra,latexextra /scheme:full'"

Damit diese Paketerweiterungen bei späteren Updates über Chocolatey mitbedacht werden, muss die Konfiguration für Chocolatey angepasst werden. Dazu genügt das einmalige Ausführen des folgenden Befehls:

choco feature enable -n=useRememberedArgumentsForUpgrades

Als Variante mit grafischer Oberfläche empfiehlt sich TeXstudio. Es gibt noch weitere Frameworks, die eine grafische Oberfläche zur Entwicklung von LaTeX-Dokumenten bieten, an dieser Stelle soll sich aber auf TeXstudio konzentriert werden. Der Paketname hierfür lautet unter Chocolatey texstudio. In diesem Fall kann der gewohnte Installationsbefehl benutzt werden.

Unter Winget lassen sich nur Frameworks mit grafischer Oberfläche installieren, entsprechend wird hier nur das Beispiel TeXstudio behandelt. Der Installationsbefehl weicht leicht von der üblichen, leicht kürzeren, Syntax ab:

winget install -e --id TeXstudio.TeXstudio

Installation per Hand

Die händische Installation erscheint zunächst einfacher, führt aber dazu, dass spätere Updates ebenfalls manuell eingespielt werden müssen. Für die händische Installation können die Pakete von der Homepage von Texlive heruntergeladen und installiert werden. Das gleiche gilt für TeXstudio.

LaTeX Installation unter Linux

Auf den meisten Linux-Systemen befindet sich LaTeX in den Standard-Paketquellen. Das bedeutet, dass sich LaTeX (sowie spätere Updates) als Bestandteil des Systems installieren lassen.

Dies geschieht je nach Linux-Distribution leicht anders, siehe auch Paketverwaltungen auf Linux. Bei den verbreitesten Distributionen, die auf Debian basieren (dazu gehören auch Ubuntu und Linux Mint), kann entweder ein grafisches Software-Center verwendet werden, oder alternativ das Kommando:

sudo apt install texlive-full

Dies installiert LaTeX ohne grafische Oberfläche. Falls eine Umgebung mit grafischer Oberfläche gewünscht ist, lässt sich eine solche über

sudo apt install texstudio

installieren.

LaTeX Installation unter macOS

Installation per Paketverwaltung

Bei Verwendung einer Paketverwaltung kann LaTeX unter dem Paketnamen texlive installiert werden. Da es sich hierbei um eine Software ohne grafische Oberfläche handelt, lautet der exakte Befehl zum installieren:

brew install texlive

Wird eine grafische Oberfläche zur Entwicklung von LaTeX-Dokumenten gewünscht, kann eine solche über den folgenden Befehl installiert werden:

brew install --cask texstudio

Installation per Hand

Erste Schritte

Als erster Test für die Installation bieten sich Beispiel-LaTeX-Dateien an, die auf der offiziellen Webseite gehostet werden. Unter "Sample LaTeX documents" auf der Webseite finden sich zwei kleinere Beispieldokumente. Eine Datei, small2e.tex, zeigt einige grundlegende Funktionialitäten. Die andere Datei, sample2e.tex, zeigt weitergehende Funktionen. Beide sollten sich mit der installierten LaTeX-Version kompilieren und daraus PDF-Dateien erstellen lassen.

Inkscape

Inkscape ist eine freie Software zur Erstellung und Bearbeitung von Vektorgrafiken. Sie kann unter allen üblichen Betriebssystem installiert werden.

Auch wenn Inkscape nicht direkt mit den Messdaten zusammenhängt, kann man damit qualitativ hochwertige Skizzen von Versuchsaufbauten erstellen. Außerdem ist es möglich, Grafiken aus Dokumenten zu extrahieren, um sie in guter Qualität selber einbinden und zitieren zu können.

Auf den folgenden Unterseiten befinden sich die nötigen Schritte zur Installation sowie zu Ersten Schritten mit Inkscape, um es nach der Installation direkt ausprobieren zu können.

Installation von Inkscape

Inkscape kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden.

Kurze Installationsanleitungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

Inkscape Installation unter Windows

Installation per Paketverwaltung

Nach Einrichtung einer Paketverwaltung lässt sich Inkscape mit Hilfe dieser installieren. Dabei lautet der Paketname unter Chocolatey inkscape. Bei Winget weicht der Installationsbefehl leicht von der üblichen, leicht kürzeren, Syntax ab:

winget install -e --id Inkscape.Inkscape

Installation per Hand

Inkscape Installation unter Linux

Auf den meisten Linux-Systemen befindet sich Inkscape in den Standard-Paketquellen. Das bedeutet, dass sich Inkscape (sowie spätere Updates) als Bestandteil des Systems installieren lassen.

sudo apt install inkscape

Inkscape Installation unter macOS

Installation per Paketverwaltung

Bei Verwendung einer Paketverwaltung kann Inkscape unter dem Paketnamen inkscape installiert werden.

Installation per Hand

Erste Schritte

Auf der offiziellen Inkscape-Webseite finden sich verschiedenste Tutorials. Abgesehen vom trivialen Test, ob sich Inkscape öffnen lässt, bieten diese einen guten Einstieg in die verschiedenen Funktionalitäten der Software.

Datenerfassung

Zur Aufnahme von Messdaten mit Messfehlern, Berechnung von Messfehlern und für einen ersten Blick empfiehlt sich der Einsatz eines Tabellenkalkulationsprogramms --- diese sind jedoch üblicherweise nicht für eine komplette Auswertung geeignet, da grundlegende Funktionen (Anpassen von Funktionen, Behandlung von Messfehlern in X und Y etc.) fehlen.

Alternaitv gibt es auch Auswerteprogramme, welche die Datenerfassung bereits eingebaut haben.

Hier empfehlen sich etwa folgende Programme:

Programm	Beschreibung	Installationshinweise
LibreOffice Calc	Tabellenkalkulation aus dem freien Office-Paket LibreOffice, installierbar unter allen Betriebssystemen.	Windows Linux macOS
Numbers	Mitgelieferte Tabellenkalkulation unter Apple macOS
LabPlot	Freies Programm zur Datenauswertung, welches auch Komponenten einer Tabellenkalkulation bietet.	Windows Linux macOS

LibreOffice

LibreOffice ist ein freies Office-Paket, welches sich unter allen üblichen Betriebssystemen einsetzen lässt. Es enthält eine Tabellenkalkulation, eine Textverarbeitung und Tools zum Erstellen von Präsentationen oder Grafiken sowie für die Arbeit mit Datenbanken.

Für eine schnelle Erfassung von Messdaten in einer grafischen Oberfläche und zugehörige Rechnungen, z.B. für prozentuale Messfehler, bietet sich die Tabellenkalkulation "Calc" an. Diese kann prinzipiell auch Daten grafisch darstellen, hierbei ist jedoch zu beachten, dass dies in den meisten Fällen nicht den wissenschaftlichen Ansprüchen genügt (etwa korrekte Darstellung von Messfehlern in X und Y) und auch keine praktischen Funktionalitäten zum Anpassen von Funktionen an die Daten vorhanden sind.

Auf den folgenden Unterseiten befinden sich die nötigen Schritte zur Installation sowie zu Ersten Schritten mit der Tabellenkalkulation Calc, um sie nach der Installation direkt ausprobieren zu können.

Installation von LibreOffice

LibreOffice kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden.

Kurze Installationsanleitungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

LibreOffice Installation unter Windows

Installation per Paketverwaltung

Nach Einrichtung einer Paketverwaltung lässt sich LibreOffice unter dem Paketnamen libreoffice installieren.

Installation per Hand

Die händische Installation erscheint zunächst einfacher, führt aber dazu, dass spätere Updates ebenfalls manuell eingespielt werden müssen. Für die händische Installation können die Pakete von der Homepage von LibreOffice heruntergeladen und installiert werden.

LibreOffice Installation unter Linux

Auf Linux-Systemen befindet sich LibreOffice in den Standard-Paketquellen. Das bedeutet, dass sich LibreOffice (sowie spätere Updates) als Bestandteil des Systems installieren lassen.

Dies geschieht je nach Linux-Distribution leicht anders, siehe auch Paketverwaltungen auf Linux. Bei den verbreitetsten Distributionen, die auf Debian basieren (dazu gehören auch Ubuntu und Linux Mint) kann entweder ein grafisches Software-Center verwented werden, oder alternativ das Kommando:

sudo apt install libreoffice

LibreOffice Installation unter macOS

Installation per Paketverwaltung

Bei Verwendung einer Paketverwaltung kann LibreOffice unter dem Paketnamen libreoffice installiert werden. Bei Bedarf lässt sich über den Paketnamen libreoffice-language-pack noch das zum System passende Sprachpaket nachinstallieren.

Installation per Hand

Die händische Installation erscheint zunächst einfacher, führt aber dazu, dass spätere Updates ebenfalls manuell eingespielt werden müssen. Für die händische Installation können die Pakete von der Homepage von LibreOffice heruntergeladen und installiert werden.

Erste Schritte mit LibreOffice Calc

Sollte sich LibreOffice, speziell Calc, öffnen lassen, wurde es erfolgreich installiert. Generell weist LibreOffice eine sehr ähnliche Funktionalität zu Microsoft Office auf. Einige Startpunkte lassen sich auf dem offiziellen Youtube-Kanal finden, u.a. in einer Playlist mit Videos auf Deutsch oder auch einer auf die Tabellenkalkulation spezialisierten englischsprachigen Playlist.

Je nach Spracheinstellung des Computers, ist das Separierungszeichen für Dezimalzahlen standardmäßig auf die jeweilige regionale Vorgabe eingestellt. Üblicherweise heißt das, dass bei englischsprachiger Einstellung, Dezimalzahlen durch einen Punkt getrennt werden und bei deutschsprachiger Einstellung durch ein Komma. Diese Einstellung lässt sich aber auch über "Einstellung" und dann "Sprache und Region" (wobei dieser Menüpunkt je nach Version leicht anders heißen kann, z.B. nur "Sprache") anpassen.

Es wird empfohlen, hier bewusst als Dezimaltrenner "Punkt" auszuwählen, da die meisten Auswertungsprogramme von diesem Dezimaltrenner ausgehen und es ansonsten zu Problemen kommen kann. Bei der Darstellung der Werte im Bericht mit LaTeX ist dies kein Problem, da Einheitenpakete wie "siunitx" bei passender Konfiguration die Werte konsistent formatieren können und dabei automatisch den Dezimaltrenner von Punkt in Komma abändern.

Datenauswertung

Zur Auswertung von Daten gibt es verschiedene Programme, welche sich teils deutlich in der Bedienung und den Fähigkeiten unterscheiden. Daher ist es wichtig, das für die persönliche Arbeit und den Anwendungsfall passendste Programm zu wählen.

Im Folgenden eine kurze Übersicht, auf den jeweiligen Unterseiten werden stets mehr Details und eine Anleitung zur Installation bereitgestellt:

Programm	Beschreibung	Installationshinweise
LabPlot	Freies Programm zur Datenauswertung mit grafischer Bedienung. Vergleichbar zu kommerziellen Produkten wie Origin.	Windows Linux macOS
Gnuplot	Freies Programm zur einfachen Erstellung von Plots und Anpassung von Funktionen an Messdaten, skriptbasiert.	Windows Linux macOS
Python/Matplotlib	Freie, vollständige Skriptsprache mit Erweiterungen zur Auswertung und Darstellung von Messdaten.	Windows Linux macOS
ROOT	Freies C++-Framework, welches einfache Auswertungen erlaubt bis hin zur Entwicklung eigener Analyseprogramme.	Windows Linux macOS

LabPlot

LabPlot ist eine freie Open-Source-Software, welche zur Visualisierung und Analyse von Daten verwendet werden kann. Sie kann unter allen üblichen Betriebssystem installiert werden.

Ähnlich zu LibreOffice Calc können mit LabPlot Messdaten erfasst werden. Zusätzlich können diese Daten auch grafisch dargestellt werden, wobei alle notwendigen Vorraussetzungen für die Darstellung erfüllt werden können. Das bedeutet unter anderem das korrekte Einbeziehen von Unsicherheiten auf die Datenpunkte. Desweiteren bietet LabPlot die Möglichkeit, die Messdaten auch zu analysieren, also z.B. das Anpassen von Funktionen an die Daten.

Auf den folgenden Unterseiten befinden sich die nötigen Schritte zur Installation sowie zu Ersten Schritten mit LabPlot, um es nach der Installation direkt ausprobieren zu können.

Installation

LabPlot kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden.

Kurze Installationsanleitungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

LabPlot Installation unter Windows

Installation per Paketverwaltung

Nach Einrichtung einer Paketverwaltung lässt sich LabPlot mit Hilfe dieser installieren. Dabei lautet der Paketname unter Chocolatey labplot. Bei Winget weicht der Installationsbefehl leicht von der üblichen, leicht kürzeren, Syntax ab:

winget install -e --id KDE.LabPlot

Eine weitere Alternative stellt die Installation über den Microsoft Store dar. Dieser bietet auch halbautomatische Updates und man kann man das Paket einfach über die Suche finden.

Installation per Hand

LabPlot Installation unter Linux

Auf den meisten Linux-Systemen befindet sich LabPlot in den Standard-Paketquellen. Das bedeutet, dass sich LabPlot (sowie spätere Updates) als Bestandteil des Systems installieren lassen.

sudo apt install labplot

LabPlot Installation unter macOS

Installation per Paketverwaltung

Bei Verwendung einer Paketverwaltung kann LabPlot unter dem Paketnamen labplot installiert werden.

Installation per Hand

Erste Schritte mit LabPlot

Mit Hilfe der mitgelieferten Beispiele lässt sich überprüfen, ob die Installation von LabPlot erfolgreich war. Dazu muss nur LabPlot gestartet werden und dann eines der Beispiele unter Datei und dann Beispiele öffnen ausgewählt werden.

Die meisten Beispiele enthalten eine Tabelle von Messdaten und eine grafische Darstellung der Daten. In der linken Leiste findet sich eine Übersicht über die im Beispiel enthaltenen Elemente.

Gnuplot

Gnuplot ist ein kommandozeilenbasiertes Programm zur grafischen Darstellung von Daten inklusive Fit-Funktionalitäten. Es lässt sich sehr gut über Skripte steuern und ist gut integrierbar, so lassen sich etwa Daten direkt aus Textdateien einlesen, in Gnuplot damit Rechenoperationen ausführen und sogar Wertetabellen erstellen. Über entsprechende Ausgabeformate ist ebenfalls die Verwendung von LaTeX in Grafiken möglich.

Auf den folgenden Unterseiten befinden sich die nötigen Schritte zur Installation sowie zu Ersten Schritten mit Gnuplot, um die Funktion durch Darstellung eines einfachen Grafen direkt zu testen.

Installation von Gnuplot

Gnuplot kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden.

Kurze Installationsanleitungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

Gnuplot Installation unter Windows

Installation per Paketverwaltung

Nach Einrichtung einer Paketverwaltung lässt sich Gnuplot mit Hilfe dieser installieren. Dabei lautet der Paketname unter Chocolatey gnuplot. Bei Winget weicht der Installationsbefehl leicht von der üblichen, leicht kürzeren, Syntax ab:

winget install -e --id gnuplot.gnuplot

Installation per Hand

Gnuplot Installation unter Linux

Auf den meisten Linux-Systemen befindet sich Gnuplot in den Standard-Paketquellen. Das bedeutet, dass sich Gnuplot (sowie spätere Updates) als Bestandteil des Systems installieren lassen.

sudo apt install gnuplot

Gnuplot Installation unter macOS

Installation per Paketverwaltung

Bei Verwendung einer Paketverwaltung kann Gnuplot unter dem Paketnamen gnuplot installiert werden. Da es sich hierbei nicht um einen sogenannten Cask bei Homebrew handelt (also keine grafisches Interface mitgeliefert wird), verkürzt sich der Installationsbefehl entsprechend zu:

brew install gnuplot

Installation per Hand

Erste Schritte

Als erster Test, ob die Installation erfolgreich war, eignen sich folgende Schritte:

Ein Terminal öffnen.
Starten einer Gnuplot-Session durch eintippen des Kommandos gnuplot.
Das Terminal sollte nun gnuplot am Anfang der neuen Zeile zeigen.
Durch Eingabe von plot sin(x) sollte ein Plot einer Sinuskurve angezeigt werden.

Weitere Beispiele sind auf der offiziellen Gnuplot-Homepage unter Demos zu finden.

Python/Matplotlib

Python ist eine nicht-typisierte Skriptsprache, die zur Datenanalyse und Visualisierung, aber auch für komplett andere Aufgaben, wie z.B. die Entwicklung von Webseiten, verwendet werden kann. Da es sich um eine allgemeine Skriptsprache handelt, kann es alle möglichen Aufgaben von der Erstellung von Datentabellen über die Auswertung der Daten inklusive Fehlerrechnung bis hin zur Darstellung der Ergebnisse übernehmen. Dabei unterstützt es LaTeX-Formate.

Matplotlib ist eine Bibliothek, die weitere Funktionalität innerhalb von Python zur Verfügung stellt. Diese vereinfacht die Darstellung von Daten und weiteren Auswertungen deutlich. Da sie Teil der Skriptsprache Python ist, lassen sich allgemeine Darstellungselemente, z.B. Stile für Datenpunkte, in Funktionen auslagern und wiederverwenden.

Auf den folgenden Unterseiten befinden sich die nötigen Schritte zur Installation sowie zu Ersten Schritten mit Python/Matplotlib, um die Funktion durch Darstellung eines einfachen Grafen direkt zu testen.

Installation von Python/Matplotlib

Python in Kombination mit Matplotlib kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden. Matplotlib ist eine Python-Bibliothek, welche über die Python-eigene Paketverwaltung installiert werden kann:

pip install matplotlib

Um eine saubere Arbeitsumgebung zu gewährleisten, empfiehlt es sich solche Python-Pakete in virtuelle Umgebungen zu installieren. Dies verhindert potentielle (Versions-)Konflikte unterschiedlicher Pakete bei verschiedenen Anwendungsaufgaben. Kurze Installationsanleitungen für solche virtuellen Umgebungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

Python/Matplotlib Installation unter Windows

Da die Einrichtung von Python mit Erweiterungsbibliotheken unter Windows selber nicht ohne Weiteres möglich ist, wird die Installation über das bei Windows mitgelieferte Windows Subsystem für Linux (WSL) empfohlen. Dazu kann zunächst wie hier beschrieben vorgegangen werden.

Ist die WSL-Umgebung eingerichtet, kann Python gemeinsam mit Matplotlib identisch zur Vorgesehensweise unter Linux wie hier beschrieben innerhalb dieser Umgebung installiert werden.

Python/Matplotlib Installation unter Linux

Bei den meisten Linux-Systemen kommen vorinstallierte Python(3)-Module bei der OS-Installation mit. Zum Aufsetzen einer virtuellen Umgebung, in die dann Matplotlib installiert werden kann, genügt in den meisten Fällen (<name-meiner-umgebung> ist dabei ein beliebig wählbarer Name für die Umgebung):

python3 -m venv <name-meiner-umgebung>

Sobald diese Umgebung erstellt ist, kann man sie starten bzw. in die Umgebung wechseln, indem man den folgenden Befehl ausführt:

source <name-meiner-umgebung>/bin/activate

Danach kann Matplotlib über den bereits beschrieben Weg installiert werden:

pip install matplotlib

An dieser Stelle werden häufig Warnungen von pip ausgegeben, dass die Version von pip selber nicht mehr aktuell ist. Auch wenn es generell empfehlenswert ist, pip aktuell zu halten, wird diese Warnung häufiger erscheinen, weil es sehr regelmäßige neue Updates dafür gibt. Diese Warnung kann also durchaus auch für einige Zeit ignoriert werden.

Um die Arbeit zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufzunehmen, genügt es, wieder in die erstellte Umgebung zu wechseln. Matplotlib steht dann automatisch wieder zur Verfügung.

Python/Matplotlib Installation unter macOS

Bei den meisten macOS-Versionen kommen vorinstallierte Python-3-Module mit. Zum Aufsetzen einer virtuellen Umgebung, in die dann Matplotlib installiert werden kann, genügt in den meisten Fällen (<name-meiner-umgebung> ist dabei ein beliebig wählbarer Name für die Umgebung):

python3 -m venv <name-meiner-umgebung>

Sollte das Aufsetzen der Umgebung mit python3 nicht funktionieren, ist in den meisten Fällen eine veraltete macOS-Version installiert, welche eine ältere Python-Version beinhaltet. In diesem Fall sollte eine neuere Python-Version über die vorgestellten Paketverwaltungen installiert werden, z.B.:

brew install python@3.11

Danach sollte die virtuelle Umgebung wie beschrieben erstellt werden können.

Sobald diese Umgebung erstellt ist, kann man sie starten bzw. in die Umgebung wechseln, indem man den folgenden Befehl ausführt:

source <name-meiner-umgebung>/bin/activate

Danach kann Matplotlib über den bereits beschrieben Weg installiert werden:

pip install matplotlib

Um die Arbeit zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufzunehmen, genügt es, wieder in die erstellte Umgebung zu wechseln. Matplotlib steht dann automatisch wieder zur Verfügung.

Erste Schritte

Als erster Test, ob die Installation erfolgreich war, eignen sich folgende Schritte:

Ein Terminal öffnen
Das Aktivieren der zuvor erstellten Umgebung, in die matplotlib installiert wurde über:

source <name-meiner-umgebung>/bin/activate

Starten einer Python-Session durch eintippen des Kommandos python3.
In dieser Session den Befehl import matplotlib eingeben. Wird kein Fehler angezeigt, ist die Umgebung für den Einsatz bereit.

Beispiele für unterschiedliche Plots sind auf der offiziellen Matplotlib-Homepage unter Examples zu finden. Für einen realitätsnahen Test kann man für eines der Beispiele den Quellcode herunterladen (idealerweise den Python Quellcode und nicht den für das Jupyter Notebook) und ausführen. Falls dies nicht funktioniert, ist eine mögliche typische Fehlerquelle, dass im verwendeten Terminal nicht die korrekte Python-Umgebung wie in der Installation beschrieben aktiviert wurde.

ROOT

ROOT ist eine freie OpenSource-Software, welche hauptsächlich am CERN entwickelt wird. Sie dient der effizienten Speicherung, Verarbeitung und Analyse von großen Datenmengen. Ursprünglich wurde ROOT als skriptbare Sprache auf Basis von und für C++ entwickelt, unterstützt aber mittlerweile auch die Verwendung in Python-Skripten.

Durch die Flexibilität, die ROOT liefert, können Daten in verschiedenen Formaten gespeichert (CSV-Dateien, JSON, ROOT-eigene Formate,...) und in Skripten verarbeitet werden. Die Verarbeitung sowie Darstellung der Daten basiert auf wissenschaftlichen Standards und ist flexibel anpassbar.

Auf den folgenden Unterseiten befinden sich die nötigen Schritte zur Installation sowie zu Ersten Schritten mit ROOT, um es nach der Installation direkt ausprobieren zu können.

Installation

ROOT kann auf allen gängigen Betriebssystemen eingesetzt werden.

Kurze Installationsanleitungen finden sich auf den entsprechenden Unterseiten:

Installation von ROOT unter Windows

Zunächst muss das Windows Subsystem für Linux wie hier beschrieben installiert werden. Ist schlussendlich ein aktuelles Linux-System in einer aktuellen WSL-Umgebung installiert, müssen vor der Installation von ROOT zunächst ein paar Abhängigkeiten, die auch für die Auswertung sinnvoll sind, innerhalb der Linux-Umgebung nachinstalliert werden:

sudo apt update && sudo apt dist-upgrade
sudo apt install build-essential libtbb-dev libtiff5 x11-apps git

Schlussendlich kann den normalen Instruktionen für eine Installation unter Linux gefolgt werden, also herunterladen des Tarballs von der ROOT Webseite (mit wget), dann entpacken. Wichtig ist, tatsächlich in der Ubuntu-Umgebung mit wget herunterzuladen und zu entpacken, beim Herunterladen und Entpacken unter Windows und nachträglicher Kopie in die Linux-Umgebung kann es zu Problemen kommen, da Windows die Dateien unnötigerweise konvertiert. Schlussendlich dann in der Ubuintu-Umgebung folgendes Kommando ausführen:

source root/bin/thisroot.sh

Unter den Ersten Schritten mit ROOT finden sich auch noch einige, zum Teil betriebssystemabhängige, Hinweise zur allgemeinen Nutzung und Konfiguration.

Installation von ROOT unter Linux

Hier hängt der praktischste Weg von der verwendeten Linux-Distribution ab. Bei einigen Distributionen steht root direkt in den Paketquellen zur Verfügung und kann über die Paketverwaltung installiert werden: https://repology.org/project/root/versions

Dies betrifft hauptsächlich RedHat-basierte Distributionen, ArchLinux und Gentoo. Für Ubuntu Linux in den LTS-Versionen stellt das ROOT-Team selbst vorkompilierte Pakete zur Verfügung, die nach der Anleitung unter https://root.cern/install/ installiert werden können. Wichtig dabei ist, die passende Version herunterzuladen (etwa "Ubuntu 20" für Ubuntu 20.04 LTS).

Wenn auf diesen Wegen keine Version zur Verfügung steht, bleibt eine Installation über Conda oder "selbst kompilieren", was allerdings eine größere Herausforderung darstellt. Für die Installation über Conda muss auf dem System zum Beispiel entweder Miniconda oder Anaconda installiert sein. Diese sind meist Teil der Standard-Paketquellen.

Unter den Ersten Schritten mit ROOT finden sich auch noch einige, zum Teil betriebssystemabhängige, Hinweise zur allgemeinen Nutzung und Konfiguration.

Installation von ROOT unter macOS

Unter macOS lässt sich ROOT über mehrere Wege installieren:

Über eine Paketverwaltung wie Homebrew, Macports oder Nix. Weitere Details dazu sind auf der ROOT-Webseite zu finden.
Über Conda wie ebenfalls auf der ROOT-Webseite beschrieben. Dazu kann zum Beispiel Miniconda über Homebrew unter dem Paketnamen miniconda installiert werden.

Unter den Ersten Schritten mit ROOT finden sich auch noch einige, zum Teil betriebssystemabhängige, Hinweise zur allgemeinen Nutzung und Konfiguration.

Erste Schritte

Das ROOT-Team stellt eine breite Auswahl an Ressourcen zur Einarbeitung in ROOT zur Verfügung, siehe hier. Dabei gibt es allgemeine Hinweise zu ersten Schritten sowie Tutorials inklusive Videos und Tutorials mit vorgefertigten Code-Beispielen.

Allgemeine Hinweise

Die aktuellen ROOT-Versionen 6.26/xx leiden noch an einigen Kinderkrankheiten, die die Auswertung erschweren können. Falls eine solche Version installiert wurde, empfehlen wir aktuell, mit folgendem Kommando den TBrowser wieder in den "klassischen" Modus zurückzukonfigurieren:

echo "Browser.Name: TRootBrowser" >> ~/.rootrc

Die Probleme sind ab Version 6.28/00 gelöst, unter Windows empfiehlt sich aufgrund der grafischen Darstellung aber dennoch die vorstehende Konfiguration.

Windows-spezifische Hinweise

Bei der Verwendung von Windows kann es manchmal zu Problemen bei der Darstellung von grafischen Elementen kommen. Diese lassen sich häufig durch ein Update des Grafikkartentreibers beheben.

Linux-spezifische Hinweise

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass theoretisch auch eine Installation per Snap möglich ist. Dabei ist aber das Laufenlassen eigener Software (wie des im Versuchs entwickelten Analyse-Codes) mit der root-Version aus dem Snap deutlich komplizierter.

macOS-spezifische Hinweise

Sollte die über, zum Beispiel, Homebrew installierte Version nicht (mehr) funktionieren, kann dies an einer Inkompatibilität zwischen ROOT und Xcode liegen. In einem solchen Fall sollte es normalerweise ausreichen beide Software-Pakete auf den aktuellsten Stand zu bringen, ROOT über Homebrew und Xcode über den App Store.

Bei der Verwendung von Makefile-basierten C++-Projekten, sollte folgende Option nicht im Makefile stehen:

-Wl,--no-as-needed

Diese wird auf Ubuntu-Systemen benötigt (und auf anderen Systemen ignoriert), führt aber auf macOS zu einer Fehlermeldung.

Anhang

Paketverwaltungen Windows

Empfohlen wird, unter Windows eine Paketverwaltung zu verwenden. Dies stellt sicher, dass Updates der installierten Anwendungen einfach und bei Bedarf auch automatisch eingespielt werden können, unabhängig von der Update-Funktionalität der Programme selbst. Außerdem wird dabei durch die Paketverwaltung sichergestellt, dass die heruntergeladenen Pakete aus zuverlässiger Quelle stammen.

Verbreitete Paketverwaltungen unter Windows sind zunächst der eingebaute Windows Store, der allerdings nicht alle oft benötigten Programme beinhaltet. Ergänzen lässt er sich leicht etwa über winget oder Chocolatey.

Winget

Nach Einrichtung von winget durch Installation aus dem Windows-Store (siehe Anleitung von Microsoft) lassen sich Programme in der Kommandozeile etwa mit:

winget install <Programmname>

installieren.

Als Alternative zur Kommandozeile stehen auch grafische Oberflächen für die Paketverwaltung zur Verfügung, etwa WingetUI.

Um alle per winget installierten Pakete zu aktualisieren, können folgende Kommandos genutzt werden:

# Auflisten aller Pakete, für die eine Aktualisierung zur Verfügung steht:
winget upgrade
# Installieren aller Updates:
winget upgrade --all

Chocolatey

Chocolatey selbst muss zunächst manuell wie auf der offiziellen Webseite beschrieben installiert werden. Der erste Schritt, das Angeben einer E-Mail-Adresse, ist dabei optional. Danach können Programme per Kommandozeile etwa mit:

choco install <Programmname>

installiert werden.

Als Alternative zur Kommandozeile stehen auch grafische Oberflächen für die Paketverwaltung zur Verfügung, etwa WingetUI.

Um alle per winget installierten Pakete zu aktualisieren, kann folgendes Kommandos genutzt werden:

choco upgrade all

Einrichten von Windows Subsystem für Linux

Unter Windows 10 und höher wird die Nutzung des WSL (Windows Subsystem for Linux) empfohlen. Hierbei sollte mindestens Windows 10 Build 19044 oder ein voll aktualisiertes Windows 11 verwendet werden, ab diesen Versionen unterstützt das aktuelle "WSL 2" auch grafische Anwendungen ohne teils komplizierte Modifikationen. Zudem sollte nach dem Aktualisierungen ein aktuelles Linux installiert werden, falls zuvor bereits eine alte Linux-Umgebung installiert war.
Der verwendete Windows-Build kann mit folgendem Kommando geprüft werden:

winver.exe

Die verwendete WSL-Version für installierte Linux-Systeme kann wie folgt geprüft werden:

wsl --list --verbose

Falls sich dabei herausstellt, dass WSL noch nicht installiert ist, kann es mit dem Kommando:

wsl --install

aktiviert werden. Ein Update von WSL ist wie folgt möglich (in einer Eingabeaufforderung / PowerShell mit Administratorrechten):

wsl --update
wsl --shutdown

Paketverwaltungen Linux

Alle üblichen Linux-Distributionen bringen von Haus aus eine Paketverwaltung mit. Diese kümmert sich darum, von den Verwaltern der Distribution gepflegte Paketversionen zu installieren und aktuell zu halten, sowie sicherzustellen, dass die heruntergeladenen Pakete aus zuverlässiger Quelle stammen. Hierbei verwendet jede "Distributionsfamilie" eine eigene Paketverwaltung, da meist hinter den Kulissen auch andere Paketformate verwendet werden, die jeweils verschiedene Vorteile und Nachteile bieten.

Je nach Linux-Distribution entsprechen die Versionen der Pakete dabei üblicherweise nicht dem allerletzten Stand der Entwickler, sondern werden üblicherweise von der Distribution mit Sicherheitsupdates versorgt und behalten ihre Versionsnummer bis zu einem Upgrade der Linux-Distribution auf die neue Version. Der Vorteil hierbei ist, dass sich das Linux-System innerhalb einer Version der Distribution stabil verhält, was insbesondere beim Erstellen von wissenschaftlichen Arbeiten sehr hilfreich sein kann. Aus diesem Grund ist es nicht ungewöhnlich, wenn die Versionen einzelner Programme etwas älter sind.

Im Folgenden eine nicht erschöpfende Übersicht für die verbreitetsten Linux-Distributionen.

Debian / Ubuntu / Mint / Pop! OS

Dies betrifft ebenfalls weitere davon abgeleitete Linux-Distributionen wie KUbuntu, XUbuntu etc.

Diese Distributionen nutzen apt für die Paketverwaltung. Pakete lassen sich etwa mit:

apt install <Programmname>

Üblicherweise sind für die Installation administrative Rechte nötig. Je nach Distribution muss dazu dem Kommando noch sudo vorangestellt werden, also:

sudo apt install <Programmname>

oder es muss zuerst mit su in eine administrative Konsole gewechselt werden:

su -
apt install <Programmname>

Einige der genannten Distributionen bieten auch Pakete über eine grafische Softwareverwaltung an, etwa "Synaptic" oder einfach "Software Center". Teils werden im Software Center jedoch auch Anwendungen aus externen Quellen angeboten, was ein Sicherheitsrisiko darstellen oder Probleme beim Update der Distribution verursachen kann.

Zum Aktualisierten der installierten Pakete bringt oftmals die grafische Oberfläche eine Möglichkeit zur Benachrichtigung, etwa über den "Update Notifier". Manuell ist dies über folgende Schritte möglich:

# Paketquellen aktualisieren:
apt update
# Aktualisierungen installieren:
apt dist-upgrade

RedHat / CentOS / RockyLinux / AlmaLinux / Fedora Linux

Diese Distributionen nutzen dnf für die Paketverwaltung, in älteren Versionen auch yum. Darüber lassen sich Pakete mit dem Kommando:

dnf install <Programmname>

installieren. Üblicherweise sind hier ebenfalls administrative Rechte nötig, sodass entweder sudo vorangestellt oder zuerst su - aufgerufen werden muss, wie vorstehend für die Debian-basierten Distributionen beschrieben.

Zum Aktualisierten der installierten Pakete bringt oftmals die grafische Oberfläche eine Möglichkeit zur Benachrichtigung. Manuell ist dies über folgenden Schritt möglich:

# Aktualisieren der Paketlisten und Pakete:
dnf --refresh update

openSUSE

openSUSE nutzt eigentlich das gleiche Paketformat wie RedHat und davon abgeleitete Distributionen, verwendet allerdings eine andere Paketverwaltung. Hier kann das Kommandozeilentool zypper verwendet werden, also:

zypper install <Programmname>

Üblicherweise sind hier ebenfalls administrative Rechte nötig, sodass entweder sudo vorangestellt oder zuerst su - aufgerufen werden muss, wie vorstehend für die Debian-basierten Distributionen beschrieben.

Unter openSUSE lassen sich Programmpakete ebenfalls mit der grafischen Oberfläche "YaST Software Management" installieren, hierüber und über eine grafische Update-Benachrichtigung können auch Aktualisierungen eingespielt werden. Manuell ist dies über folgende Schritte möglich:

# Aktualisieren der Paketlisten:
zypper refresh
# Aktualisierungen installieren:
zypper up

ArchLinux / Manjaro

Unter ArchLinux-basierenden Distributionen wird für die Paketverwaltung pacman verwendet. Hiermit lassen sich Pakete über das Kommando:

pacman -Syu <Programmname>

Eine Systamaktualisierung kann mit dem Kommando:

pacman -Syu

ausgelöst werden. Hierbei sollten unbedingt die Hinweise aus der ArchLinux Dokumentation berücksichtigt werden.

Gentoo / Funtoo / Calculate Linux

Unter Gentoo-basierenden Distributionen wird für die Paketverwaltung emerge verwendet. Hiermit lassen sich Pakete über das Kommando:

emerge -av <Programmname>

Eine Systamaktualisierung kann mit den Kommandos:

# Paketquellen aktualisieren:
emerge --sync
# Updates für Systempakete und Pakete aus dem World-Set installieren, dabei bis zu 2 Pakete parallel installieren:
emerge -uDNav -j2 system world

ausgelöst werden.

Paketverwaltungen macOS

Empfohlen wird, unter macOS eine Paketverwaltung wie Homebrew oder MacPorts zu verwenden. Dies stellt sicher, dass Updates der installierten Anwendungen einfach und bei Bedarf auch automatisch eingespielt werden können, unabhängig von der Update-Funktionalität der Programme selbst. Außerdem wird dabei durch die Paketverwaltung sichergestellt, dass die heruntergeladenen Pakete aus zuverlässiger Quelle stammen.

Homebrew

Zur Installation von Homebrew genügt ein Kommando, welches auf der Homepage angegeben ist. Nach Installation von Homebrew können Pakete über folgendes Kommando installiert werden:

brew install --cask <Programmname>

Alternativ zur Kommandozeile kann auch eine grafische Oberfläche für Homebrew installiert werden, etwa Applite, Cork oder Cakebrew.

für eine Aktualisierung aller per Homebrew installierten Pakete können die folgenden Kommandos genutzt werden:

# Aktualisieren von Homebrew selbst und der Paketlisten:
brew update
# Listen der Pakete, für die eine Aktualisierung vorhanden ist:
brew outdated
# Aktualisieren aller Pakete:
brew upgrade

MacPorts

Eine alternative Paketverwaltung ist MacPorts. Im Gegensatz zu Homebrew verfolgt MacPorts einen generischeren Ansatz der auch auf anderen Betriebssystemen funktioniert, was allerdings ebenfalls bedeutetet, dass es keine direkte Unterstützung für native Mac-Anwendungen bietet (bei Homebrew als "Casks" installierbar). Daher wird an dieser Stelle nicht im Detail auf MacPorts eingegangen.

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