数据和函数的可视化

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,六、数据和函数的可视化,可视化一般步骤,二维曲线绘图的基本操作,三维绘图的基本操作,三维图形的精细控制,函数绘图的简捷指令,图形窗功能简介,句柄图形,1,6.1,可视化一般步骤,MATLAB,具有非常强大的二维和三维绘图功能，尤其擅长于各种科学运算结果的可视化。可视化具体包括离散数据和离散函数的可视化，以及连续函数的可视化。,步骤,内容,1,曲线数据准备：,对于二维曲线，横坐标和纵坐标数据变量；,对于三维曲面，矩阵参变量和对应的函数值。,2,指定图形窗口和子图位置：,默认时，打开,Figure No.1,窗口或当前窗口、当前子图；,也可以打开指定的图形窗口和子图。,3,设置曲线的绘制方式：线型、色彩、数据点形。,4,设置坐标轴：坐标的范围、刻度和坐标分格线,5,图形注释：图名、坐标名、图例、文字说明,6,着色、明暗、灯光、材质处理,(,仅对三维图形使用,),7,视点、三度,(,横、纵、高,),比,(,仅对三维图形使用,),8,图形的精细修饰,(,图形句柄操作,),：利用对象属性值设置；利用图形窗工具条进行设置。,步骤,1,和,3,是最基本的绘图步骤；,步骤,2,一般在图形较多的情况下，需要指定图形窗口、子图时使用；,除了步骤,1,、,2,、,3,的其他步骤用户可以根据自己需要改变前后次序。,2,%,三维绘图,x=-10:10;%,自变量采样,y=-10:10;,xx,yy,=,meshgrid(x,y,);%,格点数组,zz=xx.2-yy.2;%,计算函数数组,figure(2),surf(xx,yy,zz,),hold on,colormap(hot,),surface=mesh(xx,yy,zz+50)%,调用三维曲面绘图指令,get(surface),hold off,【,例,6,1】,绘图基本步骤,%exm06_01.m,%,二维绘图,%,准备数据,n=0:20;%,横坐标取,0,20,共,21,个数据,y=(n-10).*(n=10)+abs(n-10).*(n=10);%,纵坐标按函数,y,取值,%,绘图,figure(1)%,指定,1,号图形窗,plot(n,y,rd,markersize,20);%,在数据点画红色菱形符,hold on,plot(n,y,);,line=,stem(n,y,gh,);%,绘离散数据图,%,图形控制,set(line,linewidth,2),3,6.2,二维曲线绘图的基本操作,6.2.1,基本绘图命令,plot,plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2,),用多个矩阵对为参数，自动以不同的颜色绘制不同曲线。每一对矩阵,(,xi,yi,),均按照前面的方式解释，不同的矩阵对之间，其维数可以不同。,1.,plot(x,s,),x,为实向量时，以其下标为横坐标，元素值为纵坐标画一条连续曲线；,x,为实矩阵时，按每列绘制每列元素值相对其下标的曲线，曲线条数为矩阵列数；,x,为复数矩阵时，则按列分别以元素实部和虚部为横、纵坐标绘制多条曲线。,2.,plot(x,y,s,),x,、,y,是同维向量时，绘制以,x,为横坐标,y,为纵坐标的二维曲线；,如果,x,是向量，而,y,是矩阵，则,x,的长度与矩阵,y,的行数或列数必须相等，如果,x,的长度与,y,的行数相等，则向量,x,与矩阵,y,的每列向量对应画一条曲线；,如果,x,的长度与,y,的列数相等，向量,x,与,y,的每行向量画一条曲线，如果,y,是方阵，则,x,和,y,的行数和列数都相等，将向量,x,与矩阵,y,的每列向量画一条曲线；,如果,x,是矩阵，而,y,是向量，则,y,的长度必须等于,x,的行数或列数，绘制的方法与前一种相似；,如果,x,和,y,都是矩阵，则大小必须相同，矩阵,x,的每列和,y,的每列画一条曲线。,s,s1,s2:,用来指定线型、色彩、数据点行等选项的字符串。,4,6.2.2,曲线的色彩、线型和数据点形,颜色,数据点间连线,数据点形,类型,符号,类型,符号,类型,符号,黄色,品红,(,紫,),色,青色,红色,绿色,蓝色,白色,黑色,y(Yellow),m(Magenta),c(Cyan),r(Red),g(Green),b(Blue),w(White),k(Black),实线,(,默认,),虚,线,点划线,双划线,-,:,-.,-,实点标记,圆圈标记,叉号形,十字形,星号标记,方块标记,钻石形标记,向下的三角形标记,向上的三角形标记,向左的三角形标记,向右的三角形标记,五角星标记,六边形标记,.,o,x,+,*,s,d,v,p,h,6.2.3,设置坐标轴和图形标识,坐标轴的控制,用坐标控制命令,axis,来控制坐标轴的特性，包括轴背景设置、取向、范围和坐标轴的高宽比。见,P164,表,6.2-3.,5,2.,分格线和坐标框,grid on/grid off,画出分格线,/,不画出分格线,box on/box off,使当前坐标框呈封闭,/,开启形式,3.,图形标识,title(s),书写图名,xlabel(s,),横坐标轴名,ylabel(s,),纵坐标轴名,legend(s,pos,),在指定位置建立图例,legend off,擦除当前图中的图例,text(xt,yt,s,),在图形的,(,xt,yt,),坐标处书写文字注释,字体式样等精细设置见表,6.2-4,至,6.2-7,。,6.2.4,多个图形绘制的方法,1.,指定图形窗口,figure(n),产生新图形窗口并设置为当前图形窗口，而不关闭其它窗口。,2.,同一窗口多个子图,subplot(m,n,k,),使,(,mn,),幅子图中的第,k,幅成为当前图,将图形窗口划分为,mn,幅子图，,k,是当前子图的编号，“,”,可以省略。子图的序号编排原则是：左上方为第,1,幅，先向右后向下依次排列，子图彼此之间独立。,如果在使用绘图命令之后，想清除图形窗口画其它图形，应使用“,clf,”,命令清图形窗。,clf,清除子图,6,3.,同一窗口多次叠绘,hold on/hold off,使当前坐标系和图形,保留,/,不保留,在设置了“,hold on”,后，如果画多个图形对象，则在生成新的图形时保留当前坐标系中已存在的图形对象，,MATLAB,会根据新图形的大小，重新改变坐标系的比例。,plotyy(x1,y1,x2,y2),以左、右不同纵轴绘制两条曲线,左纵轴用于,(x1,y1),数据，右纵轴用于,(x2,y2),数据来绘制两条曲线。坐标轴的范围、刻度都自动产生。,4.,双纵坐标图,6.2.5,交互式图形命令,x,y,=,ginput(n,),用鼠标从图形上获取,n,个点的坐标,(,x,y,),gtext(s,),用鼠标把字符串放置到图形上,6.2.6 MATLAB,的特殊图形绘制,bar(x,y,width,参数,),画垂直条形图,barh,画水平条形图,area(y),画面积图,fill(x,y,c,),画实心图,pie(x,explode,label,),画二维饼图,stem,、,stairs和scatter,画离散数据图,7,%exm06_02.m,%,基本绘图,plot,figure(1),x1=0:10;y1=x1/10;,subplot(2,2,1),plot(x1,y1,r:);,subplot(2,2,2),x2=reshape(1:21,7,3);%,由,1,21,组成,73,矩阵,plot(x2)%,依次画蓝绿红,3,条曲线,【,例,6,2】,二维绘图,subplot(2,2,3),x3=x2+(x2-10)*i;%,复数矩阵,plot(x3)%,以实部、虚部为横、纵坐标画,3,条曲线,subplot(2,2,4),plot(x2,abs(x3)%,以,x2,、,abs(x3),对应列元素为横、纵坐标画,3,条曲线,%plotyy,双纵坐标图,figure(3),t=0:0.1:10;,y1=sin(pi/5*t);,y2=exp(-t);,plotyy(t,y1,t,y2),8,%,二维特殊图形,figure(2),x=90:94;,y=0.4 0.5 0.2 0.6 0.5;,0.22 0.54 0.91 0.52 0.44;,0.75 0.85 0.57 0.24 0.31;,%5,年里三种产品生产曲线,subplot(2,2,1),area(x,y,),%,每年的总产量,subplot(2,2,2),bar(x,y,stacked,),%5,年,3,种产品产量比较,subplot(2,2,3),barh(x,y,grouped,),%3,种产品,5,年总生产量百分比,subplot(2,2,4),pie(sum(y),1 1 1),假设,90,94,年,5,年间某工厂生产,A,、,B,、,C,三种产品的数量分别为：,（万件）,90,91,92,93,94,A,0.4,0.5,0.2,0.6,0.5,B,0.22,0.54,0.91,0.52,0.44,C,0.75,0.85,0.57,0.24,0.31,9,%,plot&fill&area,figure(4),x=1:5;,y=0 2 1 3 4;,subplot(1,3,1),plot(x,y,r,),axis(square),subplot(1,3,2),fill(x,y,g,),axis(square),subplot(1,3,3),area(x,y,),axis(square),面积图和实心图的区别：,面积图是绘制曲线和横轴间的面积，,y,的各列叠加在一起的，而实心图是将起点和终点连接并填充颜色的多边形。,10,%exm06_04,x=0:0.1:2*pi;,y=,sin(x,).*exp(-2*x);,subplot(3,1,1),stem(x,y,filled,)%,画火柴杆图,subplot(3,1,2),stairs(x,y,)%,画阶梯图,subplot(3,1,3),scatter(x,y,)%,画点图,【,例,6,4】,离散数据图形,【,例,6,3】,图形标识,%exm06_03,clf,;,t=0:pi/50:2*pi;,y=,sin(t,);,plot(t,y,);,axis(0,2*pi,-1.2,1.2),title(The figure of exm0703),xlabel(x,),ylabel(y,),text(pi/2,1,fontsize16leftarrowitsin(t)fontname,隶书,极大值,),11,6.3,三维绘图的基本操作,6.3.1,绘制三维线图指令,plot3,plot3(x,y,z,s),绘制三维曲线,plot3(x1,y1,z1,s1,x2,y2,z2,s2,),绘制多条三维曲线,当,x,、,y,、,z,是同维向量时，则绘制以,x,、,y,、,z,元素为坐标的三维曲线；当,x,、,y,、,z,是同维矩阵时，则绘制三维曲线的条数等于矩阵的列数。,s,是指定线型、色彩、数据点形的字符串。,6.3.2,绘制三维网线图和曲面图,1.,三维图形的数据准备,1),确定自变量,x,y,的取值范围和取值间隔，,x=x1:dx:x2,y=y1:dy:y2;,2),构成,xy,平面上的自变量“格点”矩阵，,X,Y,meshgrid(x,y,),2.,网线图、曲面图基本指令,mesh(z),以,z,矩阵列、行下标为,x,y,轴自变量画三维网线图,mesh(x,y,z,c,),x,y,为自变量画由,c,指定用色的网线图,surf(z),以,z,矩阵列、行下标为,x,y,轴自变量画三维曲面图,surf(,x,y,z,c,),以,x,y,为自变量画由,c,指定用色的曲面图,6.3.3,三维特殊图形绘图指令,bar3,（三维垂直条形图）,、,barh3,（三维水平条形图）,、,fill3,（三维填色）,、,pie3,（三维饼图）,、