《Matlab作图大全》PPT课件.ppt

MATLAB绘图 二维数据曲线图 plot函数的基本调用格式为 plot x y 其中x和y为长度相同的向量 分别用于存储x坐标和y坐标数据 例1在0 x 2 区间内 绘制曲线y 2e 0 5xcos 4 x 程序如下 x 0 pi 100 2 pi y 2 exp 0 5 x cos 4 pi x plot x y 例2绘制曲线 程序如下 t 0 0 1 2 pi x t sin 3 t y t sin t sin t plot x y plot函数最简单的调用格式是只包含一个输入参数 plot x 在这种情况下 当x是实向量时 以该向量元素的下标为横坐标 元素值为纵坐标画出一条连续曲线 这实际上是绘制折线图 绘制多根二维曲线 1 plot函数的输入参数是矩阵形式时 1 当x是向量 y是有一维与x同维的矩阵时 则绘制出多根不同颜色的曲线 曲线条数等于y矩阵的另一维数 x被作为这些曲线共同的横坐标 2 当x y是同维矩阵时 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 3 对只包含一个输入参数的plot函数 当输入参数是实矩阵时 则按列绘制每列元素值相对其下标的曲线 曲线条数等于输入参数矩阵的列数 当输入参数是复数矩阵时 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 含多个输入参数的plot函数调用格式为 plot x1 y1 x2 y2 xn yn 1 当输入参数都为向量时 x1和y1 x2和y2 xn和yn分别组成一组向量对 每一组向量对的长度可以不同 每一向量对可以绘制出一条曲线 这样可以在同一坐标内绘制出多条曲线 2 当输入参数有矩阵形式时 配对的x y按对应列元素为横 纵坐标分别绘制曲线 曲线条数等于矩阵的列数 例3分析下列程序绘制的曲线 x1 linspace 0 2 pi 100 x2 linspace 0 3 pi 100 x3 linspace 0 4 pi 100 y1 sin x1 y2 1 sin x2 y3 2 sin x3 x x1 x2 x3 y y1 y2 y3 plot x y x1 y1 1 3 具有两个纵坐标标度的图形在MATLAB中 如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形 可以使用plotyy绘图函数 调用格式为 plotyy x1 y1 x2 y2 其中x1 y1对应一条曲线 x2 y2对应另一条曲线 横坐标的标度相同 纵坐标有两个 左纵坐标用于x1 y1数据对 右纵坐标用于x2 y2数据对 例4用不同标度在同一坐标内绘制曲线y1 0 2e 0 5xcos 4 x 和y2 2e 0 5xcos x 程序如下 x 0 pi 100 2 pi y1 0 2 exp 0 5 x cos 4 pi x y2 2 exp 0 5 x cos pi x plotyy x y1 x y2 4 图形保持holdon off命令控制是保持原有图形还是刷新原有图形 不带参数的hold命令在两种状态之间进行切换 例5采用图形保持 在同一坐标内绘制曲线y1 0 2e 0 5xcos 4 x 和y2 2e 0 5xcos x 程序如下 x 0 pi 100 2 pi y1 0 2 exp 0 5 x cos 4 pi x plot x y1 holdony2 2 exp 0 5 x cos pi x plot x y2 holdoff 设置曲线样式 MATLAB提供了一些绘图选项 用于确定所绘曲线的线型 颜色和数据点标记符号 它们可以组合使用 例如 b 表示蓝色点划线 y d 表示黄色虚线并用菱形符标记数据点 当选项省略时 MATLAB规定 线型一律用实线 颜色将根据曲线的先后顺序依次 要设置曲线样式可以在plot函数中加绘图选项 其调用格式为 plot x1 y1 选项1 x2 y2 选项2 xn yn 选项n 例6在同一坐标内 分别用不同线型和颜色绘制曲线y1 0 2e 0 5xcos 4 x 和y2 2e 0 5xcos x 标记两曲线交叉点 程序如下 x linspace 0 2 pi 1000 y1 0 2 exp 0 5 x cos 4 pi x y2 2 exp 0 5 x cos pi x k find abs y1 y2 1e 2 查找y1与y2相等点 近似相等 的下标x1 x k 取y1与y2相等点的x坐标y3 0 2 exp 0 5 x1 cos 4 pi x1 求y1与y2值相等点的y坐标plot x y1 x y2 k x1 y3 bp 图形标注与坐标控制 图形标注有关图形标注函数的调用格式为 title 图形名称 xlabel x轴说明 ylabel y轴说明 text x y 图形说明 legend 图例1 图例2 函数中的说明文字 除使用标准的ASCII字符外 还可使用LaTeX格式的控制字符 这样就可以在图形上添加希腊字母 数学符号及公式等内容 例如 text 0 3 0 5 sin omega t beta 将得到标注效果sin t 例7在0 x 2 区间内 绘制曲线y1 2e 0 5x和y2 cos 4 x 并给图形添加图形标注 程序如下 x 0 pi 100 2 pi y1 2 exp 0 5 x y2 cos 4 pi x plot x y1 x y2 title xfrom0to2 pi 加图形标题xlabel VariableX 加X轴说明ylabel VariableY 加Y轴说明text 0 8 1 5 曲线y1 2e 0 5x 在指定位置添加图形说明text 2 5 1 1 曲线y2 cos 4 pi x legend y1 y2 加图例 坐标控制 axis函数的调用格式为 axis xminxmaxyminymaxzminzmax axis函数功能丰富 常用的格式还有 axisequal 纵 横坐标轴采用等长刻度 axissquare 产生正方形坐标系 缺省为矩形 axisauto 使用缺省设置 axisoff 取消坐标轴 axison 显示坐标轴 给坐标加网格线用grid命令来控制 gridon off命令控制是画还是不画网格线 不带参数的grid命令在两种状态之间进行切换 给坐标加边框用box命令来控制 boxon off命令控制是加还是不加边框线 不带参数的box命令在两种状态之间进行切换 例8在同一坐标中 可以绘制3个同心圆 并加坐标控制 程序如下 t 0 0 01 2 pi x exp i t y x 2 x 3 x plot y gridon 加网格线boxon 加坐标边框axisequal 坐标轴采用等刻度 图形的可视化编辑 MATLAB6 5版本在图形窗口中提供了可视化的图形编辑工具 利用图形窗口菜单栏或工具栏中的有关命令可以完成对窗口中各种图形对象的编辑处理 在图形窗口上有一个菜单栏和工具栏 菜单栏包含File Edit View Insert Tools Window和Help共7个菜单项 工具栏包含11个命令按钮 图形窗口的分割 subplot函数的调用格式为 subplot m n p 该函数将当前图形窗口分成m n个绘图区 即每行n个 共m行 区号按行优先编号 且选定第p个区为当前活动区 在每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形 例10在图形窗口中 以子图形式同时绘制多根曲线 极坐标图 polar函数用来绘制极坐标图 其调用格式为 polar theta rho 选项 其中theta为极坐标极角 rho为极坐标矢径 选项的内容与plot函数相似 例12绘制r sin t cos t 的极坐标图 并标记数据点 程序如下 t 0 pi 50 2 pi r sin t cos t polar t r 二维统计分析图 在MATLAB中 二维统计分析图形很多 常见的有条形图 阶梯图 杆图和填充图等 所采用的函数分别是 bar x y 选项 stairs x y 选项 stem x y 选项 fill x1 y1 选项1 x2 y2 选项2 例13分别以条形图 阶梯图 杆图和填充图形式绘制曲线y 2sin x 程序如下 x 0 pi 10 2 pi y 2 sin x subplot 2 2 1 bar x y g title bar x y g axis 0 7 2 2 subplot 2 2 2 stairs x y b title stairs x y b axis 0 7 2 2 subplot 2 2 3 stem x y k title stem x y k axis 0 7 2 2 subplot 2 2 4 fill x y y title fill x y y axis 0 7 2 2 MATLAB提供的统计分析绘图函数还有很多 例如 用来表示各元素占总和的百分比的饼图 复数的相量图等等 例5 14绘制图形 1 某企业全年各季度的产值 单位 万元 分别为 2347 1827 2043 3025 试用饼图作统计分析 2 绘制复数的相量图 7 2 9i 2 3i和 1 5 6i 程序如下 subplot 1 2 1 pie 2347 1827 2043 3025 title 饼图 legend 一季度 二季度 三季度 四季度 subplot 1 2 2 compass 7 2 9i 2 3i 1 5 6i title 相量图 三维图形 1三维曲线plot3函数与plot函数用法十分相似 其调用格式为 plot3 x1 y1 z1 选项1 x2 y2 z2 选项2 xn yn zn 选项n 其中每一组x y z组成一组曲线的坐标参数 选项的定义和plot函数相同 当x y z是同维向量时 则x y z对应元素构成一条三维曲线 当x y z是同维矩阵时 则以x y z对应列元素绘制三维曲线 曲线条数等于矩阵列数 例16绘制三维曲线 程序如下 t 0 pi 100 20 pi x sin t y cos t z t sin t cos t plot3 x y z title Linein3 DSpace xlabel X ylabel Y zlabel Z gridon 三维曲面 1 产生三维数据在MATLAB中 利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵 其格式为 x a d1 b y c d2 d X Y meshgrid x y 语句执行后 矩阵X的每一行都是向量x 行数等于向量y的元素的个数 矩阵Y的每一列都是向量y 列数等于向量x的元素的个数 2 绘制三维曲面的函数surf函数和mesh函数的调用格式为 mesh x y z c surf x y z c 一般情况下 x y z是维数相同的矩阵 x y是网格坐标矩阵 z是网格点上的高度矩阵 c用于指定在不同高度下的颜色范围 例17绘制三维曲面图z sin x sin y x 10 程序如下 x y meshgrid 0 0 25 4 pi z sin x sin y x 10 mesh x y z axis 04 pi04 pi 2 51 此外 还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz 其用法与mesh类似 不同的是meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线 meshz还在xy平面上绘制曲面的底座 例18在xy平面内选择区域 8 8 8 8 绘制4种三维曲面图 程序如下 x y meshgrid 8 0 5 8 z sin sqrt x 2 y 2 sqrt x 2 y 2 eps subplot 2 2 1 mesh x y z title mesh x y z subplot 2 2 2 meshc x y z title meshc x y z subplot 2 2 3 meshz x y z title meshz x y z subplot 2 2 4 surf x y z title surf x y z 3 标准三维曲面sphere函数的调用格式为 x y z sphere n cylinder函数的调用格式为 x y z cylinder R n MATLAB还有一个peaks函数 称为多峰函数 常用于三维曲面的演示 例19绘制标准三维曲面图形 程序如下 t 0 pi 20 2 pi x y z cylinder 2 sin t 30 subplot 2 2 1 surf x y z subplot 2 2 2 x y z sphere surf x y z subplot 2 1 2 x y z peaks 30 surf x y z 其他三维图形 在介绍二维图形时 曾提到条形图 杆图 饼图和填充图等特殊图形 它们还可以以三维形式出现 使用的函数分别是bar3 stem3 pie3和fill3 bar3函数绘制三维条形图 常用格式为 bar3 y bar3 x y stem3函数绘制离散序列数据的三维杆图 常用格式为 stem3 z stem3 x y z pie3函数绘制三维饼图 常用格式为 pie3 x fill3函数等效于三维函数fill 可在三维空间内绘制出填充过的多边形 常用格式为 fill3 x y z c 例20绘制三维图形 1 绘制魔方阵的三维条形图 2 以三维杆图形式绘制曲线y 2sin x 3 已知x 2347 1827 2043 3025 绘制饼图 4 用随机的顶点坐标值画出五个黄色三角形 程序如下 subplot 2 2 1 bar3 magic 4 subplot 2 2 2 y 2 sin 0 pi 10 2 pi stem3 y subplot 2 2 3 pie3 2347 1827 2043 3025 subplot 2 2 4 fill3 rand 3 5 rand 3 5 rand 3 5 y 例21绘制多峰函数的瀑布图和等高线图 程序如下 subplot 1 2 1 X Y Z peaks 30 waterfall X Y Z xlabel X axis ylabel Y axis zlabel Z axis subplot 1 2 2 contour3 X Y Z 12 k 其中12代表高度的等级数xlabel X axis ylabel Y axis zlabel Z axis 图形修饰处理 视点处理MATLAB提供了设置视点的函数view 其调用格式为 view az el 其中az为方位角 el为仰角 它们均以度为单位 系统缺省的视点定义为方位角 37 5 仰角30 例 peaks view 0 30 色彩处理 1 颜色的向量表示MATLAB除用字符表示颜色外 还可以用含有3个元素的向量表示颜色 向量元素在 0 1 范围取值 3个元素分别表示红 绿 蓝3种颜色的相对亮度 称为RGB三元组 2 色图色图 Colormap 是MATLAB系统引入的概念 在MATLAB中 每个图形窗口只能有一个色图 色图是m 3的数值矩阵 它的每一行是RGB三元组 色图矩阵可以人为地生成 也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵 3 三维表面图形的着色三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色 surf函数用缺省的着色方式对网格片着色 除此之外 还可以用shading命令来改变着色方式 shadingfaceted命令将每个网格片用其高度对应的颜色进行着色 但网格线仍保留着 其颜色是黑色 这是系统的缺省着色方式 shadingflat命令将每个网格片用同一个颜色进行着色 且网格线也用相应的颜色 从而使得图形表面显得更加光滑 shadinginterp命令在网格片内采用颜色插值处理 得出的表面图显得最光滑 例233种图形着色方式的效果展示 程序如下 x y z sphere 20 colormap copper subplot 1 3 1 surf x y z axisequalsubplot 1 3 2 surf x y z shadingflat axisequalsubplot 1 3 3 surf x y z shadinginterp axisequal 3光照处理MATLAB提供了灯光设置的函数 其调用格式为 light Color 选项1 Style 选项2 Position 选项3 例24光照处理后的球面 程序如下 x y z sphere 20 subplot 1 2 1 surf x y z axisequal light Posi 0 1 1 shadinginterp holdon plot3 0 1 1 p text 0 1 1 light subplot 1 2 2 surf x y z axisequal light Posi 1 0 1 shadinginterp holdon plot3 1 0 1 p text 1 0 1 light 4图形的裁剪处理例25绘制三维曲面图 并进行插值着色处理 裁掉图中x和y都小于0部分 程序如下 x y meshgrid 5 0 1 5 z cos x cos y exp sqrt x 2 y 2 4 surf x y z shadinginterp pause 程序暂停i find x 0为了展示裁剪效果 第一个曲面绘制完成后暂停 然后显示裁剪后的曲面