《数据的可视化》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第三章 数据的可视化,主要内容,3.1数据可视化基础,3.2二维图形,3.3三维图形,3.4常用函数的绘图,3.5数据可视化的其他方面,3.1 数据可视化基础,一、图形窗口,MATLAB自动将图形画在图形窗口上，图形窗口相对于命令窗口是独立的窗口。图形窗口的属性由系统和MATLAB共同控制。当没有图形窗口时，绘图命令将新建一个图形窗口；当已经存在一个或多个图形窗口时，一般指定最后一个图形窗口作为当前图形命令的输出窗口。,有关图形窗口的函数介绍：,figure,用默认的属性创建新的图形窗口，并将新创建的窗口,作为当前绘图窗口。,3.1 数据可视化基础,figure(PropertyName,PropertyValue,.),用指定的属性创建图形窗口，并将新创建的窗口作为当前绘图窗口。其中,PropertyName,为属性名，,PropertyValue,为,PropertyName,属性的值。,figure(h,),如果整数,h,不是某个已经存在的图形窗口的句柄，则创建新的图形窗口，并将,h,指定为新窗口的图形句柄；如果,h,是已经存在的图形窗口的句柄，则将图形句柄为,h,的图形窗口设置为当前图形窗口，,并在屏幕的最前端显示。,3.1 数据可视化基础,h=figure(.),创建图形窗口，并返回其图形句柄。,subplot(m,n,p,),将当前图形窗口分为,m,行,n,列个子窗口，并指定第,p,个子窗口为当前的绘图子窗口。子窗口序号,p,是按照行优先的次序排列的，这点和矩阵是不同的。如果不存在当前绘图窗口，则先创建一个新的绘图窗口，然后再划分子窗口。,clf,清除当前绘图窗口内的图形。,例,3.1 数据可视化基础,二、离散数据的准备,Matlab是根据离散的数据来绘制图形的，因此调用绘图命令前要为绘图命令准备离散的绘图数据。,1.离散函数,如果函数为离散函数，则只需要在自变量区间内取遍所有离散点的值，从而获得离散的函数值即可。,例：对于函数 ，在n=1,2,10区间我们可以用下面语句准备数据：,n=1:10;%离散的自变量n的值,y=1./n+n+n.2;%离散的函数值,3.1 数据可视化基础,2、连续函数,绘制连续函数的曲线，需要对连续函数的自变量取值区间进行离散采样。采样间隔越近，数据信息就越全面，绘制出的图形就越接近于连续函数。在连续函数的自变量区间取足够多的离散值，代入连续函数中，从而获取离散的函数值。,例：对于函数 在区间 内我们可以按下面语句准备数据,x=linspace(0,2*pi,100);,%在 之间均匀取100个自变量值,y=sin(x)+cos(x);,3.1 数据可视化基础,三、数据可视化的基本步骤,准备绘图需要的数据；,指定绘图的窗口或者区域；,选择线型、颜色、数据点形状等绘图属性；,调用基本绘图命令；,坐标轴控制，包括显示范围、刻度线、比例、网格线；,标注控制，包括坐标轴名称、标题、相应文本等。,其他更精确的控制，如颜色、视角、剪切和镂空等。,3.2 二维图形,Matlab提供了许多绘制二维图形的函数，它们的函数名称不同，但是函数的参数定义和plot函数完全相同，本节将只介绍plot函数。,绘制二维图形的命令表,函数,轴的刻度方式,loglog,纵横轴均采用对数坐标,semilogx,纵轴采用线性坐标，横轴采用对数坐标,semilogy,纵轴采用对数坐标，横轴采用线性坐标,plotyy,在图的左右两侧分别建立纵坐标轴,3.2 二维图形,一、基本二维绘图函数plot,功能：plot是最基本的二维图形命令，它是以MATLAB的内部函数形式出现的。MATLAB的其他二维函数中的绝大多数是以plot为基础构造的绘图命令。,格式：plot（y），ploy（x，y），plot（x1,y1,x2,y2,）,【说明】,（1）plot（y）,若,y,为实向量，则以,y,的元素为纵坐标，以相应元素下标为横坐标，绘制连线图。,若,y,为实矩阵，则按列绘制每列元素值相对其下标的,连线图，图中的曲线数等于矩阵的列数。,若,y,为复矩阵，则分别以每列元素的实部和虚部为纵,横坐标绘制多条连线图。,3.2 二维图形,（2）ploy（x，y）,当,y,和,x,为同维向量，则以,x,为横坐标、,y,为纵坐标绘制连线图。,若,x,为向量，,y,是有一维和,x,同维的矩阵，则绘制多条不同颜色的连线图，曲线的个数等于矩阵的另一维，,x,作为这些曲线的共同横坐标。,若,x,为矩阵，,y,为向量，情况与上面相同，只是都是以,y,为共同的纵坐标。,若,x,和,y,为同维实数矩阵，则以,x,、,y,对应列元素为横纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。,若,x,和,y,为复数矩阵时，,MATLAB,将忽略虚数部分。,3.2 二维图形,（3）plot（x1,y1,x2,y2,）,每对,x,、,y,必须符合,plot,（,x,y,）中的要求，不同对之间没有影响，命令将对每一对,x,，,y,绘制曲线。,【,注意,】,以上的三种格式中，输入参数,x,，,y,都可以是表达式，但表达式的结果应符合上述格式要求。,例,3.2 二维图形,二、plot函数的绘图属性控制,在调用函数plot时，可以指定线型、颜色和数据点的图标，其调 用格式为：,plot（x,y,color_linestyle_marker）,说明,：参数color_linestyle_marker 为一个字符串，由颜色、线型、数据点的图标组成。,颜色字符定义表,字符定义,颜 色,字符定义,颜色,y,yellow（黄）,m,magenta（洋红）,c,cyan（青）,r,red（红）,g,green（绿）,b,blue（蓝）,w,white（白）,k,black（黑）,3.2 二维图形,字符定义,线型,字符定义,线型,-,实线（默认）,-,虚线,:,点划线,-.,点连线,none,无线,数据点标记字符定义表,字符定义,数据点标记,字符定义,数据点标记,字符定义,数据点标记,+,加号,square,小正方形,.,小黑点,v,勾号,diamond,菱形,pentagram,五角星,大于号,none,无标记,x,叉号,o,小圆圈,线型字符定义表,例,3.2 二维图形,三、绘图窗口的属性控制,绘图窗口的属性可以由Matlab和Windows共同控制，通常情况下是用默认的绘图属性建立绘图窗口的，用户可以通过Matlab提供的命令和函数来修改绘图窗口的属性。,1.坐标控制,可以控制坐标轴的各种属性，包括坐标轴的方向、范围、高宽比等。下面的指令是常用的坐标轴控制指令。,axis auto,使用默认的坐标轴属性,axis on,显示坐标轴背景,axis off,取消坐标轴背景,3.2 二维图形,axis(xmin,xmax,ymin,ymax,),设定,x,和,y,轴的坐标值范围,axis equal,横轴和纵轴的单位刻度相同,axis square,横纵和纵轴的长度相同,axis tight,把数据范围直接设置为坐标值范围,axis image,采用相同的单位刻度，且坐标框紧贴数据范围,2.,刻度设置,缺省情况下，,Matlab,自动在坐标范围内生成均匀的刻度，用户可以使用,set,命令改变刻度值，其使用方法如下：,set(gca,Xtick,xs,Ytick,ys,),其中,xs,和,ys,分别是横轴和纵轴的刻度行向量。,3.2 二维图形,3.栅格控制,栅格是根据显示刻度绘制的虚线分格线，可以控制是否显示栅格。,grid on,显示栅格,grid of,隐藏栅格,grid,切换栅格的显示和隐藏,4.,追加控制,绘图窗口绘制图形时，可以指定绘图是是否采用追加（层叠）方式。追加方式是指每次的绘图指令都不会擦去图形窗口的原有图形，只是在原图上面层叠绘制新的图形。,hold on,打开追加绘图方式,hold off,关闭追加绘图方式,3.2 二维图形,四、图形标注,很多时候，在图形上需要加上适当的文字说明，即标注，比如图名、坐标轴的名字、坐标点的值等。Matlab提供了图形标注的函数，主要的图形标注函数如下：,xlable(string,FontSize,zize,),显示横坐标轴的名称,ylable(string,FontSize,zize,),显示纵坐标轴的名称,title(string,FontSize,size),显示图形标题,text(x,y,stirng,),在,(,x,y,),坐标处显示字符串,string,其中,FontSize,表示字体尺寸属性，,size,为使用的,字体尺寸，这,2,个输入变量可以省略，此时使用默,认的字体显示标注信息。,例,例,3.2 二维图形,五、图形交互命令,Matlab提供了一些和鼠标操作相关的图形命令，用户可以通过这些命令和图形窗口进行交互。,1、ginput,x,y,=,ginput(n,),用鼠标从二维图形上拾取,n,个数据点的坐标,(,x,y,),x,y,=,ginput,用鼠标从二维图形上拾取多个数据点的坐标,(,x,y,),，直到输入回车按键。,x,y,button=,ginput,(),除了返回数据点的坐标外，,button,中还返回鼠标,或者按键信息。,1,表示鼠标左键，,2,表示鼠标中间,按键，,3,表示鼠标右键，,ASCII,码表示按键的键值。,3.2 二维图形,2、gtext,格式：gtext(arg),说明：用鼠标把字符串或者字符串细胞数组arg放置到图形上。,3、zoom,格式：,zoom off,关闭当前图形的变焦功能,zoom on,打开当前图形的变焦功能,zoom out,是图形返回初始尺寸,zoom(fact,),设置变焦因子（每次变焦的倍数），,缺省的变焦因子为,2,说明,：如果图形在变焦状态下，用户可以通过鼠标来,放大或者缩小图形，包括用鼠标左键放大、用,鼠标右键缩小、用鼠标选定显示范围等操作。,3.3 三维图形,一、基本三维图形的绘图指令plot3,基本的三维绘图指令是plot3，其使用方法和plot函数基本相同。,调用格式：plot3(X,Y,Z,s),【说明】,当,X,，,Y,，,Z,为同向量组时，绘制以,X,、,Y,、,Z,的元素为,x,、,y,、,z,坐标的三维曲线；,当,X,，,Y,，,Z,为同维数组时，分别以其对应的列向量元素为,x,、,y,、,z,坐标绘制多条三维曲线，曲线的条数等于矩阵的列数；,字符串,s,表示颜色、线性和点形状控制，定义同,plot,；,可以使用多组参数绘图，每组参数之间没有约束关系，如,plot3(x1,y1,z1,x2,y2,z2);,plot3,主要用来绘制参数方程决定的三维曲线。,例3.3.1：,设某参数方程组为 ，,试绘制由变量x，y，z确定的三维曲线。,3.3 三维图形,二、三维网线和曲面,三维网线和曲面的绘制比三维曲线要复杂。这主要表现在数据的准备和三维图形的色彩、光照、视点和消隐控制。,3.3 三维图形,1、三维图形的数据准备,一元函数代表的是二维曲线，自变量的取值仅仅需要提供x轴上离散的采样点，就很容易构造离散的函数采样点。,二元函数代表了三维空间的曲面，其中x和y为自变量，,z为函数值。要绘制这个曲面，需要同时准备自变量x,和y的数据，而仅知道了x 轴的离散采样点和 y 轴的,离散采样点，仍无法直接绘制曲面，还要用x轴的采样,点和y轴的采样点构造出x-y平面的离散采样点。,3.3 三维图形,例如：二元函数的自变量x的离散值可取1，2，3，自变量y的离散值可取11，12，13，则计算z值需要代入x和y的坐标对为（1，11）、（1，12）、（1，13）、（2，11）、（2，12）、（2，13）、（3，11）、（3，12）、（3，13），这9组数据我们称为曲面的,采样格点矩阵,，如图所示，图中“*”标记的点即是x-y平面的采样点。,生成采样格点矩阵的函数，调用格式如下：,X,Y=meshgrid(x,y),其中x和y