《matlab图形功能》PPT课件.ppt

第四讲matlab绘图 matlab语言丰富的图形表现方法 使得数学计算结果可以方便地 多样性地实现了可视化 这是其它语言所不能比拟的 matlab语言的绘图功能 不仅能绘制几乎所有的标准图形 而且其表现形式也是丰富多样的 matlab语言不仅具有高层绘图能力 而且还具有底层绘图能力 句柄绘图方法 在面向对象的图形设计基础上 使得用户可以用来开发各专业的专用图形 一 二维绘图 一 plot 最基本的二维图形指令plot的功能 plot命令自动打开一个图形窗口Figure用直线连接相邻两数据点来绘制图形根据图形坐标大小自动缩扩坐标轴 将数据标尺及单位标注自动加到两个坐标轴上 可自定坐标轴 可把x y轴用对数坐标表示 如果已经存在一个图形窗口 plot命令则清除当前图形 绘制新图形可单窗口单曲线绘图 可单窗口多曲线绘图 可单窗口多曲线分图绘图 可多窗口绘图可任意设定曲线颜色和线型可给图形加坐标网线和图形加注功能 plot的调用格式 plot x 缺省自变量绘图格式 x为向量 以x元素值为纵坐标 以相应元素下标为横坐标绘图plot x y 基本格式 以y x 的函数关系作出直角坐标图 如果y为n m的矩阵 则以x为自变量 作出m条曲线plot x1 y1 x2 y2 多条曲线绘图格式 plot x y s 开关格式 开关量字符串s设定曲线颜色和绘图方式 使用颜色字符串的前1 3个字母 如yellow yel表示等 或plot x1 y1 s1 x2 y2 s2 S的标准设定值如下 字母颜色标点线型y黄色 点线m粉红 圈线c亮蓝 线r大红 字线g绿色 实线b蓝色 星形线w白色 虚线k黑色 点划线 matlab6 1线形 o x square diamond v pentagram hexagram square正方形diamond菱形pentagram五角星hexagram六角星 1 单窗口单曲线绘图 例1 x 0 0 48 0 84 1 0 91 0 6 0 14 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 plot x 2 单窗口多曲线绘图 例2 t 0 pi 100 2 pi y sin t y1 sin t 0 25 y2 sin t 0 5 plot t y t y1 t y2 y y1 y2 例3 y sin t y1 sin t 0 25 y2 sin t 0 5 y3 cos t y4 cos t 0 25 y5 cos t 0 5 plot t y y1 y2 y3 y4 y5 y3 cos t y4 cos t 0 25 y5 cos t 0 5 plot t y3 holdon plot t y4 plot t y5 x peaks plot x x 1 length peaks y peaks plot x y 3 单窗口多曲线分图绘图 subplot 子图分割命令调用格式 subplot m n p 按从左至右 从上至下排列 行 列 绘图序号 subplot 1 3 1 plot t y subplot 1 3 2 plot t y3 subplot 1 3 3 plot t y2 subplot 3 1 1 plot t y subplot 3 1 2 plot t y3 subplot 3 1 3 plot t y2 subplot position leftbottomwidthheight 4 多窗口绘图 figure n 创建窗口函数 n为窗口顺序号 t 0 pi 100 2 pi y sin t y1 sin t 0 25 y2 sin t 0 5 plot t y 自动出现第一个窗口figure 2 plot t y1 在第二窗口绘图figure 3 plot t y2 在第三窗口绘图 5 可任意设置颜色与线型 例4 例2 plot t y r t y1 g t y2 b 6 图形加注功能 将标题 坐标轴标记 网格线及文字注释加注到图形上 这些函数为 title 给图形加标题xlable 给x轴加标注ylable 给y轴加标注text 在图形指定位置加标注gtext 将标注加到图形任意位置gridon off 打开 关闭坐标网格线legend 添加图例axis 控制坐标轴的刻度 例 t 0 0 1 10y1 sin t y2 cos t plot t y1 r t y2 b x 1 7 pi 1 6 pi y 0 3 0 8 s sin t cos t text x y s title 正弦和余弦曲线 legend 正弦 余弦 xlabel 时间t ylabel 正弦 余弦 gridaxissquare 2 4 6 8 10 时间t axis的用法还有 axis xminxmaxyminymax 用行向量中给出的值设定坐标轴的最大和最小值 如axis 2205 axis equal 将两坐标轴设为相等axison off 显示和关闭坐标轴的标记 标志axisauto 将坐标轴设置返回自动缺省值 7 fplot 绘制函数图函数 fplot的调用格式 fplot fun lims 绘制函数fun在x区间lims xminxmax 的函数图 fplot fun lims corline 以指定线形绘图 x y fplot fun lims 只返回绘图点的值 而不绘图 用plot x y 来绘图 fplot sin x tan x cos x 2 pi 11 11 fplot humps 01 rp 8 ezplot 符号函数的简易绘图函数 ezplot的调用格式 ezplot f 这里f为包含单个符号变量x的符号表达式 在x轴的默认范围 2 pi2 pi 内绘制f x 的函数图ezplot f xmin xmax 给定区间ezplot f xmin xmax figure n 指定绘图窗口绘图 ezplot sin x ezplot sin x cos y 4 pi4 pi figure 2 二 fill 基本二维绘图函数fill的功能 绘制二维多边形并填充颜色例 x 12345 y 41514 fill x y r 三 特殊二维绘图函数 bar 绘制直方图polar 绘制极坐标图hist 绘制统计直方图stairs 绘制阶梯图stem 绘制火柴杆图rose 绘制统计扇形图comet 绘制彗星曲线 errorbar 绘制误差棒图compass 复数向量图 罗盘图 feather 复数向量投影图 羽毛图 quiver 向量场图area 区域图pie 饼图convhull 凸壳图scatter 离散点图 例 绘制阶梯曲线x 0 pi 20 2 pi y sin x stairs x y 例 阶梯绘图h2 11 1 1 h4 h2h2 h2 h2 h8 h4h4 h4 h4 t 1 8 subplot 8 1 1 stairs t h8 1 axis off subplot 8 1 2 stairs t h8 2 axis off subplot 8 1 3 stairs t h8 3 axis off subplot 8 1 4 stairs t h8 4 axis off subplot 8 1 5 stairs t h8 5 axis off subplot 8 1 6 stairs t h8 6 axis off subplot 8 1 7 stairs t h8 7 axis off subplot 8 1 8 stairs t h8 8 axis off h2 11 1 1 h4 h2h2 h2 h2 h8 h4h4 h4 h4 t 1 8 fori 1 8subplot 8 1 i stairs t h8 i axis off end 例 绘制极坐标绘图t 0 2 pi 90 2 pi y cos 4 t polar t y 例 绘制火柴杆绘图t 0 0 2 2 pi y cos t stem y 例 绘制直方图t 0 0 2 2 pi y cos t bar y 例 绘制彗星曲线图t pi pi 500 pi y tan sin t sin tan t comet t y x magic 6 area x x 1234567 y 0001000 pie x y pie x y North South East West middle fa white loadseamountscatter x y 50 z a rand 200 1 b rand 200 1 c rand 200 1 scatter a b 100 c p 二 三维绘图 三维绘图的主要功能 绘制三维线图绘制等高线图绘制伪彩色图绘制三维网线图绘制三维曲面图 柱面图和球面图绘制三维多面体并填充颜色 一 三维线图 plot3 基本的三维图形指令调用格式 plot3 x y z x y z是长度相同的向量plot3 X Y Z X Y Z是维数相同的矩阵plot3 x y z s 带开关量plot3 x1 y1 z1 s1 x2 y2 z2 s2 二维图形的所有基本特性对三维图形全都适用 定义三维坐标轴大小axis xminxmaxyminymaxzminzmax gridon off 绘制三维网格text x y z string 三维图形标注子图和多窗口也可以用到三维图形中 例 绘制三维线图t 0 pi 50 10 pi plot3 t sin t cos t r 二 三维饼图pie3 43689 三 三维多边形 fill3 fill 三维多边形的绘制和填色与二维多边形完全相同调用格式 fill3 x y z s 与二维相同 例 用随机顶点坐标画出5个粉色的三角形 并用黄色的 表示顶点y1 rand 3 5 y2 rand 3 5 y3 rand 3 5 fill3 y1 y2 y3 m holdon plot3 y1 y2 y3 yo 四 三维网格图 mesh 三维网线绘图函数调用格式 mesh z z为n m的矩阵 x与y坐标为元素的下标mesh x y z x y z分别为三维空间的坐标位置 例 矩阵的三维网线图z rand 6 0 88080 07290 41680 76940 37750 47760 33810 71010 09640 63520 38260 70860 18950 87910 67470 89650 68760 23800 74310 35940 56260 87840 12170 39100 71890 08990 81300 48650 07680 97590 87920 16100 87820 11310 14330 6288z round z 100100010101011110101100101001101001mesh z mesh z 例 8阶hadamard矩阵的网线图 h2 11 1 1 h4 h2h2 h2 h2 h8 h4h4 h4 h4 111111111 11 11 11 111 1 111 1 11 1 111 1 111111 1 1 1 11 11 1 11 1111 1 1 1 1111 1 11 111 1mesh h8 三维网线图作图要领 生成坐标 X Y meshgrid x y 表达式点运算 Z X 2 Y 2X Y是n m的矩阵 维数可任定X nY mZ 默认方位角 37 5 俯角30 n m维 meshgrid 网线坐标值计算函数z f x y 根据x y坐标找出z的高度例 绘制z x2 y2的三维网线图形x 5 5 y x X Y meshgrid x y Z X 2 Y 2mesh X Y Z 坐标矩阵 坐标向量 纵坐标矩阵 绘图函数 colormap R G B 色图设定函数matlab的颜色数据集合为红 绿 兰三颜色矩阵 R G B 维数m 3r g b在 01 区间连续取值 理论上颜色种类可达无穷多种matlab使用三维向量表示一种颜色 常用颜色数据见下表 饱和色 000 黑色 001 兰色 010 绿色 011 浅兰 100 红色 101 粉红 110 黄色 111 白色 调和色 0 50 505 灰色 0 500 暗红色 10 620 4 铜色 0 4910 8 浅绿 0 4910 83 宝石兰 五 三维曲面图 surf 三维曲面绘图函数 与网格图看起来一样与三维网线图的区别 网线图 线条有颜色 空挡是黑色的 无颜色 曲面图 线条是黑色的 空挡有颜色 把线条之间的空挡填充颜色 沿z轴按每一网格变化 调用格式 surf x y z 绘制三维曲面图 x y z为图形坐标向量例 X Y Z peaks 30 peaks为matlab自动生成的三维测试图形surf X Y Z surfc X Y Z 带等高线的曲面图 X Y Z peaks 30 surfc X Y Z surfl X Y Z 被光照射带阴影的曲面图 X Y Z peaks 30 surfl X Y Z cylinde r n 三维柱面绘图函数r为半径 n为柱面圆周等分数例 绘制三维陀螺锥面t1 0 0 1 0 9 t2 1 0 1 2 r t1 t2 2 x y z cylinder r 30 surf x y z grid 为球面等分数 缺省为20例 绘制三维球面 x y z sphere 30 surf x y z 六 图形修饰方法 图形颜色的修饰matlab有极好的颜色表现功能 其颜色数据又构成了一维新的数据集合 也可称为四维图形colormap MAP 色图设定函数 MAP为m 3维色图矩阵图形颜色可根据需要任意生成 也可用matlab配备的色图函数 matlab的色图函数 hsv 饱和值色图gray 线性灰度色图hot 暖色色图cool 冷色色图bone 兰色调灰色图copper 铜色色图pink 粉红色图prism 光谱色图jet 饱和值色图IIflag 红 白 蓝交替色图 shadingfaceted 网格修饰 缺省方式 shadingflat 去掉黑色线条 根据小方块的值确定颜色 shadinginterp 颜色整体改变 根据小方块四角的值差补过度点的值确定颜色 peaks 30 shadinginterp colormap hot X Y Z peaks 30 surfl X Y Z shadinginterp colormap cool axisoff peaks 30 colormap hot colorbar horiz figure 2 colormap cool 图形效果修饰 透视与消隐 用于网线图裁剪修饰 用于网线图 曲面图视角修饰 观察不同角度的三维视图其它修饰 a 水线修饰b 等高线修饰 透视与消隐p peaks 30 mesh p hiddenon p peaks 30 mesh p hiddenoff 裁减修饰p peaks p 30 40 20 30 nan p 30 40 20 30 surf p p peaks p 30 40 20 30 nan p 30 40 20 30 mesh peaks p 视角修饰 函数view az el az 方位角 el 俯视角省缺值为 az 37 5 el 30例 观察不同视角的波峰图形z peaks 40 subplot 2 2 1 mesh z subplot 2 2 2 mesh z view 15 60 subplot 2 2 3 mesh z view 90 0 subplot 2 2 4 mesh z view 7 10 其它修饰 a 水线修饰 waterfall waterfall peaks 30 b 等高线修饰二维contour Z n 绘制n条等高线C contourc Z n 计算n条等高线的坐标Clable c 给等高线加标注例 在二维平面上绘制peaks函数的10条等高线contour peaks 10 C contourc peaks 10 clabel C contour3 peaks 20 五 伪彩色图 pcolor 常用于以二维平面图表现三维图形的效果 用颜色表示三维图形的高度 z peaks 30 pcolor z 六 动画效果 动画生成的步骤创建帧矩阵 moviein n 5 3版本后不再用这个命令 对动画中的每一帧生成图形 并把它们放到帧矩阵中 M j getframe从帧矩阵中回放动画 movie M 例如 n 100 figure 1 axis 0 2 pi 1 1 holdonforj 1 n 1x j j 1 x x pi 50 y sin x plot x y M j getframe endholdoff movie M 小结 基本绘图函数plot plot3 mesh surf要求掌握以上绘图函数的用法 简单图形标注 简单颜色设定